(57)【要約】      （修正有）【課題】前進する電極と工作物の間を流れる電流によってパルス溶接を行うための効果的な電気アーク溶接機を提供する。【解決手段】該溶接機は、前記前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じる短絡検知の回路、およびピークパルス電流を出力していない間、短絡が除去された後プラズマブースト・パルスを生じるブースト回路を有する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前進する電極と工作物の間の電圧駆動電流によってパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が出力電圧をもつと共に、前記の前進する電極と前記の工作物の間に短絡が発生すると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路、および前記短絡信号が生じた後プラズマブースト・パルスを生じさせるためのブースト回路をもつことを特徴とする電気アーク溶接機。
【請求項２】
前記信号の後および前記プラズマブースト・パルスの前に前記電流を増加させるための回路を有する請求項１記載の電気アーク溶接機。
【請求項３】
前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する請求項１又は２記載の電気アーク溶接機。
【請求項４】
前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する請求項１〜３のいずれかに記載の電気アーク溶接機。
【請求項５】
前記電極が芯付ワイヤである請求項１〜４のいずれかに記載の電気アーク溶接機。
【請求項６】
前記プラズマブースト・パルスがアーク電流の調整による請求項１又は２記載の電気アーク溶接機。
【請求項７】
前記プラズマブースト・パルスがアーク電圧の調整による請求項１又は２記載の電気アーク溶接機。
【請求項８】
前記プラズマブースト・パルスがアーク電流の調整による請求項１又は２記載の電気アーク溶接機。
【請求項９】
前記プラズマブースト・パルスが傾斜出力特性によって調整される請求項１又は２記載の電気アーク溶接機。
【請求項１０】
前記パルス溶接プロセスの前記パルスの周期を設定するためのタイマを有する請求項１〜９のいずれかに記載の電気アーク溶接機。
【請求項１１】
前記ブースト回路が前記プラズマブースト・パルスに続く制御された背景部を生じる請求項１〜１０のいずれかに記載の電気アーク溶接機。
【請求項１２】
前記パルス溶接プロセスの前記パルスの周期を設定するためのタイマおよび前記タイマをリセットするために前記背景部の終端に応答する回路を有する請求項１〜１１のいずれかに記載の電気アーク溶接機。
【請求項１３】
前記パルス溶接プロセスが、一連の波形を有し、前記波形が１８ｋＨｚを超える周波数で波形発生器によって制御される波形をもって発生する一連の短絡電流パルスによって生じる請求項１〜１１のいずれかに記載の電気アーク溶接機。
【請求項１４】
前記芯付ワイヤが芯内に硫黄を有する金属芯付ワイヤである請求項５記載の電気アーク溶接機。
【請求項１５】
前進する電極と工作物の間の一連の出力パルスによる溶接のための電気アーク溶接機において前記溶接機がパルスの間にプラズマブースト電流パルスを生じさせるための回路、ある所定時刻に出力パルスを開始させるための第１タイマ、および電流パルスの間のある所定位置で前記プラズマブースト・パルスを生じさせるための第２のタイマを有することを特徴とする電気アーク溶接機。
【請求項１６】
前進する電極と工作物の間の電流によってパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において前記溶接機が前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路および短絡を除くため前記信号の後に電流を増すための回路をもつことを特徴とする電気アーク溶接機。
【請求項１７】
一連の波形を含むパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路、および短時間にピーク電流から背景電流よりも低いレベルの電流に移り、次に背景電流に移って各パルスの後に短絡を助長する波形の１つの各パルスを生じるための回路をもち、前進する電極と工作物の間の電流によって、ピーク電流および背景電流部で定義されるパルスをそれぞれ有することを特徴とする電気アーク溶接機。
【請求項１８】
（ａ）前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じ、そして
（ｂ）前記短絡信号が生じた後に電極と工作物の間にプラズマブースト・パルスを生じさせるプロセスからなることを特徴とする前進する電極と工作物の間の一連のパルスによる溶接方法。
【請求項１９】
さらに、（ｃ）前記信号の後および前記プラズマブースト・パルスの前に、短絡を除くために電流を増させるスラップを有する請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前進する電極と工作物の間でパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が短絡を強制するため各パルスの後に直ちに溶接電流を背景電流よりも低く減らすための回路、前進する電極と工作物の間に短絡が生ずると直ちに信号を生じる短絡検知回路および短絡が生じた後プラズマブースト・パルスを生じさせるためのブースト回路をもち、電流パルスの前後にピーク電流および背景電流をそれぞれ有する一連のパルスをもつ溶接電流を含む波形を有することを特徴とする電気アーク溶接機。
【請求項２１】
（ａ）短絡を強制するため各電流パルスの後の溶接電流を背景電流よりも低く減らし、
（ｂ）短絡を検知すると直ちに信号を生じ、
（ｃ）前記信号を生じると直ちに短絡を除き、そして
（ｄ）前記短絡が除かれたときプラズマブースト・パルスを生じるステップからなることをと特徴とする電流パルスの前後にピーク電流および背景電流をそれぞれもつ一連のパルスを含む溶接電流を有する前進する電極を工作物の間でのパルス溶接方法。
【請求項２２】
前進する電極と工作物の間の電圧駆動電流によりパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が出力電圧をもち、且つ前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路、前記信号の後に電流を増すための回路、および前記短絡が生じた後にプラズマブースト・パルスを生じさせるためのブースト回路をもつことを特徴とする電気アーク溶接機。
【請求項２３】
前進する電極と工作物の間の電圧駆動電流によってパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が前進する電極と工作物の間で短絡が生じると直ちに第１信号を生じ、前記短絡が除かれると第２信号を生じる短絡検知回路、および前記第２信号が生じた後にプラズマブースト・パルスを生じさせるためのブースト回路をもつことを特徴とする電気溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な電気アーク溶接機に関し、さらに詳しくは新規なパルス溶接を行うための電気アーク溶接機および当該溶接機を用いるパルス溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気アーク溶接において、最も普通の溶接プロセスの１つはパルス溶接で、それは外部シールドガスを用いた固体ワイヤ電極を主に使う。ＭＩＧ溶接は、パルスを用い、それはまず進んでくるワイヤの先端を溶かし、次いでそのワイヤ先端からアークを通して工作物へ溶接金属を推進する。理論的条件下では、球状の溶接金属が各パルスの間に溶かされ移される。パルス溶接の通常の操作の中断は、前進ワイヤから離される前に溶融金属が工作物と接触する時に生じる。従って、２５Ｖ以上の高い電圧のパルス溶接が用いられるので、電極端とワイヤの間のギャップは比較的大きい。これにより、短絡の発生率が制限され、スパッタとパドルによる妨害も低く抑えられる。約０．２０〜０．３０インチ未満にギャップ（アーク長）を小さくすることには利点がある。しかし、パルス溶接は通常、より高い電圧を要し、それにより溶融金属を適切に移し、短絡を減らせる。それにもかかわらず、パルス溶接は常に短絡発生条件を含んでおり、適切なパルス溶接に関する持続性を得るために、それは速やかに除かれなければならない。短絡を除くため、短絡が発生したら直ちにアーク電流を増すことが周知である。高いアーク電流によって電気的ネッキング作用が生じ、直ちに溶接金属を前進金属から離してアークを再開させる。この周知の概念は特許文献１に開示されている。この周知の短絡除去技術を用いてでさえ、高い電圧が固体ワイヤに対して必要で、ワイヤの移動速度はかなり低くなければならない。パルス溶接に対して芯付ワイヤを用いるときは、アーク電圧は２５Ｖ以上にかなり高く維持して、好ましくない短絡条件を避けなければならない。要するに、短絡は溶接の品質を下げ、溶接ワイヤの移動速度を下げるとともに、高い電圧を要求する。金属芯付電極の冶金的利点を用いようとするとき、短絡は一層厄介である。パルス溶接における短絡は安定性に影響し、特に平均アーク長が約０．２０〜０．３０インチ未満のところでより低い電圧を使う時にそうである。また、短絡によってスパッタも生じる。従って、パルス溶接は不用意な突発性の短絡の除去手順を要する。従来、単に短絡がなくなるまでアーク電流を増すことによってのみなされてきた。こうして、２５Ｖを超える高い電圧が、不用意な短絡を最小にするためにパルス溶接で要求されてきた。これにより、より低い移動速度での操作が必要とされた。さらに、高い電圧と通常の短絡除去技術が用いられた結果、スパッタと非均一溶接ビーズが生じた。
【０００３】
パルスＭＩＧ溶接は主に、固体ワイヤ電極、金属芯付ワイヤ、あるいは外部シールドガスでシールドされたフラックス芯付ワイヤを用いる。高い出力（時に「ピーク」と呼ぶ）と低い出力（時に「背景」と呼ぶ）の間で交互に変わる特別のパルス出力が、電源から発生する。前進電極から工作物へ溶融金属の１小滴を形成して移すのに十分長い時間、ピーク出力は電極のスプレー遷移電流よりも大きい。パルス間で、低い背景出力により電極が工作物に向かって前進し、次の小滴を堆積するため次のピーク用に電極が再位置取りされる。理想的条件下では、パルス出力は、小滴がギャップを埋めて短絡を生じることがないようにしながら、各ピークに対して小滴が電極工作物に移るように維持される。比較的高い平均アーク電圧を生じさせるため、十分に長いアーク長が維持されるとき、この条件は達成され得る。たとえば、アルゴン９０％、二酸化炭素１０％のシールドガス下で用いられる鋼電極を用いたパルス溶接が、約２６Ｖを超える平均電圧で行われる。
【０００４】
実際には、より短いアーク長でのパルス溶接のような溶接プロセスを行うとき、多くの利点がある。すなわち、より低い熱入力、およびより高い移動速度でのよりよいパドル制御である。短くなったアーク長において、一部移動された小滴は電極と工作物との間のギャップを埋めて短絡を生じやすく、短絡を除くのがより困難になる。ザ・リンカーン・エレクトリック・カンパニー社製のパワーウェーブのような現代的なパルス溶接電源は、短絡を除く技術を含んでいる。短絡を検知すると、電源出力が制御されながら増して短絡をくびらせ、除去する。その詳細は、特許文献１、特許文献２に開示されている。この周知の技術を使うと、短絡が時々発生しても、溶接プロセスが安定する。これにより、ユーザーはアーク長を短くしながら、より低い熱入力で溶接安定して行え、より高い移動速度で特性を向上させられる。例えば、安定操作点が約２３Ｖを超える電圧まで下げられる。アーク長がこの点以下に短くなるので、短絡が頻繁に生じ、短絡を除くためにピンチ電流を相当増す必要がある。高い電流で短絡が除かれると、スパッタが生じ、不安定になって振動が生じる。この問題はくり返し短絡によって生じる。１つの短絡が除かれると、他の短絡が直ちに生じて、除くのが困難である。
【０００５】
芯付ワイヤは、金属粉および／又はスラグを生成する化合物（ＦＣＡＷ−Ｇ）および／又はシルードガス（ＦＡＣＷ−Ｓ）を生成する混合物の芯を含む金属鞘からなるワイヤである。このようなワイヤは、所望の冶金特性を生じさせ、汚染から守る利点を有する。このような芯付ワイヤの多くは、固体ワイヤと同様にして、パルス溶接に用い得る。しかし、固体ワイヤの使用において、これらの芯付ワイヤは、アーク長が短くなると短絡の発生回数を増やせる。実際、芯付ワイヤに要する最短アーク長は、芯付ワイヤが芯をパドル内に浸させながら鞘を溶かしやすくため、固体ワイヤに対する最短アーク長よりも長い。こうして、芯付電極に関する利点は十分には用い得ない。このようなくり返し短絡を発生させずに、より低い電圧で芯付電極を使い得るパルス溶接へのニーズが存在する。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，６１７，５４９号公報
【特許文献２】米国特許第４，８８９，９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の第１の目的は、短絡の除去後、かつ、次のパルス前にプラズマブースト・パルスを用いる電気アーク溶接機を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、短いアーク長および／又は金属芯付又はフラック芯付ワイヤを用いて、高速で操作し得る上記電気アーク溶接機を提供することにある。金属芯付電極を用いるとき、高速で移る溶接ビーズの形状を改良するため、芯が有効量のイオウを有する。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、ロボットによる自動溶接および他の機械化された溶接機構に対して、高速移動、低電圧および低スパッタという点で有用な上記電気アーク溶接機を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、不用意な短絡を除去し、次いで約０．１ｍｓ〜５．０ｍｓ間、好ましくは１．０ｍｓ未満のような短い時間、約１ｋＷ〜５ｋＷのような高い電力を有するプラズマブースト・パルスが追従するパルス溶接方法を提供することにある。
【００１１】
さらに別の本発明の目的は、低い電圧で作動でき、短絡を有利な金属移動技術に変換する電気アーク溶接機およびその使用方法を提供することにある。
さらに他の本発明の目的は、より速い移動、より短いサイクル、より高い時間当りの生産量、および特にロボットを用いた自動パルス溶接に対する向上した生産性を与える電気アーク溶接機およびその使用方法を提供することにある。
【００１２】
さらに別の本発明の目的は、溶接スキップや高いスパッタ・レベルの下部切り落しをすることなく１．５ｍｍ〜４．０ｍｍの厚みのプレートのような鋼上の高速溶接を行う溶接機およびその使用方法を提供することにある。この溶接機および使用方法により、軽減したスパッタおよび洗われたビーズ形状による向上した移動速度を有する、より低いアーク電圧（より短いアーク長）で優れたアーク安定性を与える。
【００１３】
これらおよび他の目的および効果は、添付図面を用いた以下の説明から明らかになるであろう。
以下、図面を用いて説明するが、これらの図面は本発明の好ましい実施例を説明するためだけのものであり、これらと同一のものに本発明を限定するためのものではない。図１〜３は、パルス溶接を行うための従来の電気アーク溶接機Ａを示している。これらの従来技術は、電気アーク溶接機における標準コンポーネントとして、本発明に用いられるコンポーネントと実質的に同一であるため、ここに示す。他の構成も使い得るが、好ましい構成は、米国リンカーン電気社が開発した波形技術によって制御される溶接機である。波形技術に関するものとして、米国特許第５，２７８，３９０号及び第６，４９８，３２１号がある。このタイプの溶接機において、パルス溶接に用いられる波形が波形発生器から作られる。１８ｋＨｚを超える高い周波数の電流パルスを使って、波形発生器から作られる波形を有するパルスが電源から発生する。この技術によって、あらゆる所望の溶接に対して正確なパルス波形が得られる。本発明を波形技術を用いた溶接機に関して説明するが、本発明はさらに広範に、ＳＣＲ制御溶接機やチョッパ溶接機のような他の溶接機に対して用いられ得る。
【００１４】
図１の電気アーク溶接機Ａは、図１のさまざまな位置で示される複数の操作信号を有する図２（及び図３）のグラフに示すような標準のパルス溶接を行うために用いられる。本発明の好ましい実施例を説明する前に、本発明の背景を考えてみよう。溶接機Ａは、電極Ｅと工作物Ｗの間でパルス溶接を行うため、出力リード１２、１４をもつ高速切換インバータである電源１０を有する。電源１０は、３相入力として図示する電源供給１６によって駆動される。パルス及び背景電流の波形は、入力１８の信号によって決まる。分流器２２からライン２４を通じてアーク電流が電流センサ２６に流れ、フィードバック制御ループに用いられるアナログ出力２８となる。同様に、リード３０、３２を通じてアーク電圧が電圧センサ３４に検知され、検出出力３６及びレベル（振幅）出力３８となる。電極Ｅと工作物Ｗの間に短絡アーク長１で優れたアーク安定性を与える。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、電気アーク溶接およびその方法に関するものであり、パドルを制御してパドルの前にアークがスキップするのを防止するため、短いアーク長（０．１０インチ未満）あるいは１７〜２２Ｖの低い電圧で使い得るパルス溶接を可能にする。さらに、短いアーク長の使用により移動速度が増し、前述したように短絡を生じさせずに低い電圧を用いられる。本発明を用いることにより、低い背景電流で短絡を生じさせ得る。これにより、短絡が発生したときに生じるスパッタを避けられる。本発明により、アーク長が短くても、ワイヤ先端とパドル表面とを信頼性高く分離できる。これにより、高い電流パルスと低い背景電流のサイクルのリズムと安定性が得られる。本発明は、低い電圧および短いアーク長が得られるため移動速度を増すことのできる、ロボットによって行われるタイプの高速自動溶接用に設計されている。本発明は、短くなったアーク長を安定化させ、スパッタを減らすので、高速での低電圧溶接を改善する。本発明によれば、パルス溶接における短絡が標準技術によって検知され、除かれるが、その後でプラズマブースト・パルスが生じる。このブーストパルスは、５ｋＷ〜２０ｋＷ、好ましくは１０ｋＷ〜２０ｋＷの範囲の電力を伴う高電流である。鉄分を含む金属の溶接に対して本発明を用いると、プラズマブースト・パルスの電力は一般に５ｋＷを超えるが、アルミニウム溶接のときは１．０ｋＷ〜２．０ｋＷに電力が減り得る。こうして、実用範囲は、１．０ｋＷ〜２０ｋＷである。この高い電流ブーストパルスにより、短絡の分離における出力アーク電流が増す。これによりパドル電極から離させるアーク力が増すので、同一サイクル内では、他の短絡が生じない。ブーストパルスによって、ワイヤ直径と同じ大きさまで丸められた電極の先端が熱せられ、アーク力の増大によりワイヤとパドルの間が離されるので、直ちには短絡が再開しない。短絡が除かれ、０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの範囲の短い時間にアークが増大した後、溶接が続けられる。低い背景電流によって、次のパルスが小滴をパドル内に移す前に、小滴がパドルにより近づけられる。本発明は、多くの溶接機に用いられる標準短絡除去技術を使って、短絡を除去した後、電流、電圧および電力のパルスを供給することを伴う。これにより溶接パドルが安定し、直ちに通常のパルス溶接プロセスが再開されるので、高い電圧も低い移動速度も必要ではない。この電流アーク溶接機およびその方法は、高い移動速度および低い電圧を用いた自動溶接に対して基本的に設計されているが、本発明はまた、高い移動速度が要求さえる芯付ワイヤに対して有利な、短絡の減少が必要な準自動溶接にも用いられる。プラズマブースト・パルスは小滴を電極先端に生じさせ、パドルを電極から離させるので、ＳＴＴピーク電流と似ている。ＳＴＴ溶接プロセスは、リンカーン電気社によって開発され、米国特許第４，８６６，２４７号等に開示されており、故意に短絡を生じさせる波形を有している。短絡除去直後にプラズマブースト・パルスを用いることは、実際のパルス溶接を構成する波形の発生部分を構成しない。短絡は、本発明を用いてパドルを制御し、短絡が除かれて次の短絡が後で生じるときには、有害でないランダムは出来事である。固体金属電極および芯付電極の双方に対して低電圧の操作を可能にしながら、パドルを安定させ、スパタを減らし、溶接速度を上げるため、正常なパルス溶接が中断している間に、プラズマ・ブーストが作られる。本発明を使うことにより、大いに低減した電圧（すなわち、アーク長）によって生じる短絡は、溶接プロセスの障害にならない。実際には、本発明の溶接機は、米国のリンカーン電気社によって開発された波形技術を用いるものである。波形発生器によって制御される波形をもち、１８ｋＨｚ以上の周波数で小さなパルスが作られるとき、高速切換電源によってパルスと背景電流部分形成される。
【００１６】
本発明の他の側面によれば、プラズマブースト・パルスの前に、ＳＴＴプロセスに似た新規な短絡除去プロセスが行われる。短絡を検知すると、アーク電流が減らされ、第１の急な傾きおよび次にもっとなだらかな傾きをもつピンチパルス波形に沿って、電流が増す。短絡がくびられて、除かれようとしているとき、通常ｄｖ／ｄｔ検知器である予告回路が作動する。次いでアーク電流が低レベルまで低下してスパッタを減らす。これにより短絡が終了し、スムーズな表面張力移動が与えられるので、溶融金属を工作物まで移動させるのに短絡は真に優れた手順である。アーク（プラズマ）条件が存在するとき、本発明のプラズマブースト・パルスが溶接機によって出力される。これがパルス溶接プロセスにおける短絡除去のための実用的手順であり、本発明の他の利点と結合させるとき新規である。
【００１７】
本発明によれば、前進電極と工作物の間の電圧駆動電流によってパルス溶接を行うための電気アーク溶接機が提供される。電流は電圧（電流）調整によって制御され得る。溶接機は、前記電極と工作物の間で短絡が生じるとすぐに信号を発する短絡検知回路および短絡検知後プラズマブースト・パルスを発生するブースと回路からなる。本発明の好ましい実施態様において、短絡回路信号の発生後、かつ、プラズマブースト・パルスの発生前に、アーク電流を増す標準的な短絡除去回路がある。この回路は、プラズマブースト・パルスの発生前に短絡を除去する。このパルスは、１．０ｋＷ〜２０ｋＷ、詳細には１０ｋＷ〜１５ｋＷの範囲の調整電力を有し、０．２ｍｓ〜０．５ｍｓの時間、継続する。本発明は金属芯およびフラックス芯ワイヤ電極のような芯付ワイヤ電極を用いて溶接するとき、極めて有用である。
【００１８】
本発明の他の面によれば、プラズマブースト・パルスは、パルス波形を作る通常の波形発生器における中断の間に生ずる。
本発明のさらに他の面によれば、前記ブースト回路もまた、プラズマブースト・パルスの後に続く制御された背景電流を発生させる。この背景電流は通常、パルス波形の背景電流とは異なっており、次のパルスが発生するまで継続する。背景電流の終端になるとタイマがリセットされ、標準パルス波形プロセスを始める。背景電流は、電圧フィードバックによって出力アーク電圧から調整できる。特定のプラズマブースト・パルスの間に生じたアーク電圧が、その後に続く背景電流部を制御する。
【００１９】
本発明の他の面によれば、前進電極と工作物の間の一連のパルスによってパルス溶接するための方法が提供される。この方法は、電極と工作物の間の短絡を検知し、次いでプラズマブースト・パルスを発生させるステップからなる。本発明の好ましい実施態様において、短絡が標準技術によって除かれた後、プラズマブースト・パルスが発生する。
【００２０】
本発明のさらに他の面によれば，ある一定の形状を有するプラズマブースト・パルスが実際の溶接プロセスの一部として用いられるので、所定形状のプラズマブースト・パルスが標準パルスの間に作られる。こうして、このプラズマブースト・パルスによって電極の先端が予熱され、次のパルスによって小滴をパドルに移すように小滴を生じる。これは、ニッケル合金やチタン合金のような非鉄金属を使うＧＭＡＷパルス溶接において用い得る。ＦＣＡＷ−ＧワイヤおよびＦＣＡＷ−Ｓワイヤのような金属芯付ワイヤを含む芯付ワイヤは、この溶接プロセスとともに用い得る。各高電流パルスの間でプラズマブースト・パルスを使うと、高いアークが生じて、工作物に向かって前進する電極の先端を溶かす間、パドルを遠くへ押しやる。これにより、次のパルスが生じるまで、溶融金属を工作物まで移すことなく、電極を溶かさせる猶予時間が与えられる。本発明のこのような側面は加減できるので、パルスの検知電圧を用いて、挿入波形の背景部を調整できる。
【００２１】
本発明は、電気アーク溶接およびその方法に関するもので、熱入力を減らし、増加した移動速度で高速追従特性を向上させるために短いアーク長（電圧にすると２３Ｖ〜２５Ｖ未満）が望ましいパルス溶接を行う。従来のＭＩＧ技術とともに本発明を用いることにより、短いアーク長および低い電圧操作するときアークの安定性を増す。また、短絡が除かれた後、電極とパドルに表面とを信頼性高く、首尾一貫して分離させ得る。これにより、操作プロセスの広い範囲に渡ってリズムと安定性が増す。本発明は、増加した移動速度で溶接効率を向上するために低い電圧と短いアーク長が好ましい。ロボットによって行われるタイプの高速自動溶接に対して開発されたが、減らした熱入力が好ましい準自動溶接に対しても使える。本発明を用いるパルス波形は、より長いアーク長に対しても調整でき、従来パルス技術にも同様に使い得るであろう。しかし、本発明の真の効果は、短絡がより一層多く発生する低い電圧を用いるときに得られる。
【００２２】
本発明は、低い電圧での安定性を改善することにより、高い移動速度での溶接を改善する。本発明によれば、標準技術によって短絡が検知されて除かれるが、その後で、プラズマブースト・パルスが作られる。１つの当該パルスは、ある区切られた１つの区間のある１つの振幅に対して出力を脈動させることとして表し得る。また、当該パルスは出力電流、電圧、電力又は電圧／電流の傾きの値として表わし得るが、好ましくは電力値を用いて表わされる。すなわち０．２ｍｓ〜５ｍｓ間続く１．０ｋＷ〜２０ｋＷの電力値として定義される。実際には、プラズマブースト・パルスは、０．２ｍｓ〜０．５ｍｓ間持続する１０ｋＷ〜１５ｋＷの電力として表される。当該パルスの概念は、ある時間保たれる電力値に基づくエネルギーである。このパルスの得方は、変わり得る。短絡除去直後、高電流プラズマがアーク力を増加させる。これによりパドルが電極から離されるので、同一サイクル内で他の短絡は生じない。プラズマブースト・パルスによって電極先端が加熱されて溶融金属小滴を生じ、これは次のパルスによって移される次の小滴となる。短絡が除去され、プラズマブースト・パルスがアーク力を増して電極先端を加熱した後、通常のパルス溶接プロセスが続けられる。この低い背景電流によって、次のパルスが小滴をパドル内に移す前に、小滴をパドルに対して一層近づけさせる。本発明は、短絡除去後、電流、電圧又は電力プラズマブースト・パルスの供給を伴う。これにより、溶接パドルが安定し、直ちに通常のパルス溶接プロセスを再開させるので、低い電圧の下でも安定した操作が可能である。
【００２３】
本発明はまた、短絡が減らされなければならず、高速移動が要求される金属芯付ワイヤに対して実質的に有利な準自動溶接に対しても用いられる。また、フラックス芯付ワイヤを用いるパルス溶接に対しても、用いられてきた。金属芯付ワイヤが用いられるとき、芯内のイオウの有効量が本発明の操作を改善することがわかった。実際には、イオウの有効量はワイヤの０．０１０〜０．０３０重量％好ましくは０．０１２〜０．０２３重量％である。
【００２４】
本発明の効果は、パルス溶接のパラメータが短絡を促進するように設定され得ることである。ピークへの遷移が速いので、小滴の形成を早く開始する。パルス・ピーク時間が減るので、ピーク電流の間小滴は電極から十分に分離しない。アーク電流の背景への移動は、パドル上のアーク力を素早く減らすほど速いので、小滴に向かって進ませる。その小滴を電極と工作物の間を埋めさせるようにさらに進ませるため、出力電流が実際の背景レベルよりも低くさせられる。小滴方法を小さく保つため、周波数は高く保たれる。小滴が電極からパドルにつながると、短絡を除去し、プラズマ・ブーストがワイヤの端に次の小滴を作り、パドルを電極から離れさせる。
【００２５】
各パルス間のプラズマブースト・パルスによって、平滑なパルスを促進するために動く溶接パドルをもつリズムが確立される。これにより、従来のパルス溶接よりも低いスパッタが生じる。本発明を用いることによる電圧とスパッタの関係は、従来の関係から下方にシフトする。どんな電圧でも、本発明を用いて、スパッタはより低い。
【００２６】
プラズマ・ブーストの安定性により、すべての小滴が短絡を通って移るレベルで溶接プロセスが行われ、それにより、溶接プロセスの熱入力を大いに減らせる。金属を短絡を横切って移すことができることは、電極、すなわち、固体ワイヤ、金属芯付ワイヤ、又はフラックス芯付ワイヤが短絡移動モードにおいて安定なことを示している。鋼、ステンレス、アルミニウム固体ワイヤのようなケースの場合は、本発明は、より短いアーク長で溶接効率を向上できる。リンカーン電気社製にＭＳ−６  ａｄ  ＭＣ−７０６ワイヤのような安定した短絡アーク性能を有する金属芯付ワイヤは、本発明から利益を得ることができる。本発明を用いると、これらのワイヤは乏しい備え付け条件およびより速い移動速度を処理する改善された能力を有し、金属の短絡移動の間、ワイヤを均一に操作させるため、有効量のイオウを含んでいる。
【００２７】
本発明は、標準のパルス波形よりも速くさせるように特に設計した、改良したパルス溶接である。本発明は高速で低い電圧の溶接を改善し、より短いアーク長を用いてプロセスを安定させる。従来の波形の用いると、アーク長はスパッタを避けるためにより長く保たれるので、移動速度が制限される。本発明においては、アーク長は短く、かつ、緊密に保たれ、短絡サイクルの制御によりスパッタが避けられる。こうして、より短いアークが律動的な短絡サイクルを用いて安定化される。すなわち、短絡の処理によりスタッビング（ｓｔｕｂｂｉｎｇ）とスパッタが減る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を用いて説明するが、これらの図面は本発明の好ましい実施例を説明するためだけのものであり、これらと同一のものに本発明を限定するためのものではない。図１〜３は、パルス溶接を行うための従来の電気アーク溶接機Ａを示している。これらの従来技術は、電気アーク溶接機における標準コンポーネントとして、本発明に用いられるコンポーネントと実質的に同一であるため、ここに示す。他の構成も使い得るが、好ましい構成は、米国リンカーン電気社が開発した波形技術によって制御される溶接機である。波形技術に関するものとして、米国特許第５，２７８，３９０号及び第６，４９８，３２１号がある。このタイプの溶接機において、パルス溶接に用いられる波形が波形発生器から作られる。１８ｋＨｚを超える高い周波数の電流パルスを使って、波形発生器から作られる波形を有するパルスが、電源から発生する。この技術によって、あらゆる所望の溶接に対して正確なパルス波形が得られる。本発明を波形技術を用いた溶接機に関して説明するが本発明はさらに広範に、ＳＣＲ制御溶接機やチョッパ溶接機のような他の溶接機に対しても用いられ得る。
【００２９】
図１の電気アーク溶接機Ａは、図１のさまざまな位置で示される複数の操作信号を有する図２（及び図３）のグラフに示すような標準のパルス溶接を行うために用いられる。本発明の好ましい実施例を説明する前に、本発明の背景を考えてみよう。溶接機Ａは、電極Ｅと工作物Ｗの間でパルス溶接を行うため、出力リード１２、１４をもつ高速切換インバータである電源１０を有する。電源１０は、３相入力として図示する電源供給１６によって駆動される。パルス及び背景電流の波形は、入力１８の信号によって決まる。分流器２２からライン２４を通じてアーク電流が電流センサ２６に流れて、フィードバック制御ループに用いられるアナログ出力２８となる。同様に、リード３０、３２を通じてアーク電圧が電圧センサ３４に検知され、検出出力３６及びレベル（振幅）出力３８となる。電極Ｅと工作物Ｗの間に短絡がある間、電圧レベルが急激に下がると、検出器が出力される。レベル出力３８は、電極と工作物の間にかかるアーク電圧を表す信号を有する。検出出力３６は、信号を有する出力４２を出す短絡反応回路４０に導かれる。短絡が生じると、ライン４２に信号３が生じる。波形発生器５０から、溶接を行うための特別の波形（信号２）が作られる。タイマ５２から波形発生器にライン５４を通じてタイミング信号が送られ、個々のパルスを開始させる。波形発生器５０は、また、ライン２８、３０からフィードバック信号を受けて、所定の波形が電極と工作物の間の実際の波形に従って、電圧と電流を制御する。電源１０から出力されるべき波形は、ライン５６の信号２である。信号２は、信号４のための出力６２をもつ加算器６０に導かれる。この信号２が、電源１０の入力１８に与えられる実際の信号である。図２の従来の溶接機Ａによってなされる溶接プロセスにおいて、電流グラフ１００は、背景電流部１０４によって分けられた一連の電流パルス１０２からなる。電圧グラフ１２０は、ライン３０、３２間の電圧であり、アーク電流グラフ１００によって較正されたアーク電圧である。ピーク電圧１３０は、電流パルス１０２に対応している。電圧グラフ１２０の低い平均電圧は、約６．０Ｖ未満の高い瞬間アーク電圧による。短絡が生じると、図２の点１２２に示すように、電圧１２０が急減する。この電圧急減は、電極と工作物の間の溶融金属による短絡を意味している。短絡が生ずると、ライン５６の信号波形を短絡除去信号が無効にする。図２の点１２２で短絡を検知すると、図２の電流グラフの傾斜部１０６に沿う増加電流が電極と工作物の間に流される。実際には、この傾斜部１０６は急峻で、部分１０８で緩やかになる。この増加電流によって短絡が除かれると、電圧グラフ１２０は直ちにプラズマ（アーク）状態にもどる。これにより、ライン１１０に沿って電流が下がる。従って、短絡が生じると、点１２４で示すように電圧が上昇して短絡が除かれるまで、アーク電流が傾斜部１０６及び１０８に沿って増加する。この短絡除去によって、短絡反応回路４０の出力が止まる。従来の溶接機Ａの動作を、図３の信号２、３、４、７、９によって示す。信号７は、ライン３０の検出電圧である。通常の環境下では、電圧１２０は波形発生器５０によって波形は決められタイマ５２によって時間間隔が決められる複数のパルス（ピーク電圧）１３０からなる。点１２２で短絡が生じると、電圧はライン１３２に沿って急減する。これにより、パルス１４０が発生し、それによりライン４２に傾斜部１０６に適合する信号１４２の波形が生じて、（加算器６０で）信号２に加えられる。波形発生器５０の出力は信号２で、これは図３の信号１５０である。ライン６２の加算器６０の出力は、信号２及び３の和で、ライン６２の信号４である。図３の傾斜部１４２が波形１５０に加えられるので、電極Ｅと工作物Ｗの間の出力はライン１８の信号で、インバータ・タイプの電源１０を制御する。これが標準的な従来技術の説明であり、本発明は、この従来技術を改良して、アークを短くしスパッタを減らしながら、電極の迅速な運動を提供するものである。
【００３０】
本発明を用いると、２６〜２７Ｖを超えるアーク電圧を有する電圧のパルス溶接から、２５Ｖ未満、特に１７〜２２Ｖの範囲のアーク電圧である低い電圧のパルス溶接にシフトし得る。本発明によるこの低い電圧のパルス溶接を用いると、アーク長が約０．２０〜０．３０インチ未満ときわめて短いので、アークが安定する。アルゴン９０％、ＣＯ２１０％のシールドガス付鋼ワイヤを用いて約２２Ｖ、２００Ａのとき、アーク長は約０．１５インチである。これにより、良好な（溶接）ビーズ形状をなおも保ちながら、より速い移動速度を実現できる。アルミやステンレス鋼のような、他のワイヤも用い得る。３つの異なる電極を用いた本発明の実施例を、図４〜６に示す。図４で、鋼鞘２０２を所定の溶接ビーズを与えるため合金等からなる芯２０４を有する芯付電極２００が、矢印の向きに進む。アーク（プラズマ）ＡＣが電極と工作物Ｗの間に作られるので、シールドガス２０６がアークの周りに導かれて、雰囲気中の汚染物質がアークを守る。アーク長ｘは、０．３０インチ未満で、１７〜２２Ｖの範囲の電圧によって作られる。このタイプの電極は、本発明における使用に対して好適である。鞘２１２と芯２１４を有する別の芯付電極２１０を図５に示す。この電極２１０は、自己シールド電極であり、芯２１４の成分によりフラックス剤と他の成分が与えられ、アークを通って工作物Ｗ上に溶融金属が移動するとき、それを保護する。過去の芯付電極はパルス溶接にうまく用いられてこなかったが、この芯付電極も、本発明を実施するために有用である。図６に、シールドガス２２２を伴った固体ワイヤ電極２２０を示す。これは、これまでパルス溶接に用いられた通常のワイヤ電極である。このタイプの電極はＭＩＧ溶接、特にパルス溶接に通常用いられる電極である。本発明を用いると、電極２００、２１０及び２２０は、パルス溶接に使い得る。こうして、本発明は、パルス溶接における芯付電極の冶金的・物理的特質の効果を有する。ＳＴＴ溶接に対する芯付電極の効果は、米国特許第６，０７１，８１０号に開示されている。芯付電極は、本発明が低い電圧で用いられるので電圧範囲を拡張できるため、使用できる。図６の固体ワイヤ電極を用いると、本発明の低い電圧によってワイヤがより速く移動する。本発明を用いると、図４〜６のすべての電極を溶接の要求に応じて使い得る。過去においては、高いアーク電圧のため、すべてのタイプの電極を有効に使うことが妨げられた。本発明によれば非常に低いアーク電圧となるので、アーク長が短く、溶融金属がしばしば短絡によって工作物に移動する。これにより、芯付電極、特に金属芯付電極の使用を、パルス溶接に対して受け入れやすくする。実際、約０．０１０〜０．０３０％の硫黄分を芯に有する金属芯付電極は、本発明のプラズマブースト・パルス溶接の効果を得るときに、きわめて有効であることが実証されている。リンカーン電気社製の金属シールド・ワイヤ電極ＭＣ６、ＭＣ７は、７５〜９５％アルゴン、２５〜５％ＣＯ２のシールドガス下で、プラズマブースト・パルスを用いた溶接方法の使用に対して効果あることが実証されている。これらのワイヤ電極は、Ｅ７０Ｃ−６Ｍに適合する。他の金属芯付電極及び自己シールド芯付電極は、本発明によってなされる溶接プロセスにおいて得られる低い電圧、短いアーク長という効果を表する。
【００３１】
図７〜９に本発明の好ましい実施例を示す。図７に最もよく、パルス溶接方法を示し、電流グラフ（波形）３００は、タイマ５２の出力によって間隔をあけられながら波形発生器５０の出力によって決まる背景電流部３０４によって分離させられたパルス３０２を有する。もちろん、タイミングは波形発生器のプログラム内に組み込まれ得る。背景電流部３０４は、パルス３０２の間におかれて、溶接金属Ｍが形成されパドル内で工作物上に堆積された後、アークを保つのに使われる。電圧グラフ（波形）３１０は、短絡検知点３１２及び短絡除去点３１４を有する。電流グラフ３００は、図２示した従来技術の部分１０６及び１０８にそれぞれ対応する部分３０６及び３０８を発生するための通常の高電流除去ルーチンを示している。本発明は、好ましくは短絡除去点３１４の後に、すなわち、アーク（プラズマ）状態の間に生ずるプラズマブースト・パルス３２０の提供を含んでいる。実際には、このパルス３２０は、波形発生器５０の出力が中断している間に作られ、電源１０の入力１８で波形発生器の出力と代えられる。このパルス３２０は、５ｋＷ〜２０ｋＷ、好ましくは、約１．０ｋＷ〜１５ｋＷ未満の範囲の調整電力である。アルミニウム電極に対しては、この電力は１．０ｋＷ程度に低い。このパルス３２０は、一般に５．０ｍｓ未満、好ましくは０．２〜０．５ｍｓの時間ｙをもつピーク部３２２を有する。本実施例では、時間ｙは０．３ｍｓである。パルス３２０は、ピーク部３２２の端で終了し、アーク電流が背景電流部３０４まで下がる電流減少部に移る。この減少電流は尾端３２４に沿って、次に緩やかな尾端３２６に移り、プラズマブースト・パルスは５．０ｍｓ未満で終わる。このパルスの動作を、図７の上部にＩ〜ＶＩで示す。位置Ｉにおいて、溶融金属球Ｍが形成されている間、電極Ｅが工作物Ｗに向かって進む。ＥとＷの間の電流は、次にパルス３０２のピークまで増加し、電極Ｅの先端をさらに溶かし、溶接金属球Ｍを生じる。位置ＩＩでピーク３０２が作動する。工作物Ｗは、溶融金属パドルＰを含み、ＥとＷの間の力によって空洞化される。位置ＩＩの後、Ｅの先端にある溶融金属Ｍが背景電流部３０４の間に、アークを通ってパドルＰまで移る。次いで、位置ＶＩまでプロセスがくり返される。溶融金属ＭによるＥとＰとの間の短絡は、通常のパルス溶接の一部としては生じない。位置ＩＩＩで短絡が生じると、アーク電圧は点３１２で急減する。次に、（傾斜）部分３０６・３０８によって示す高電流除去ルーチン（シーケンス）が始まり、位置ＩＶに示すように、工作物Ｗから溶接金属Ｍを切り離す。次いで、本発明が実施される。点３１４で電圧が急増することによって表わされる短絡の除去において、プラズマブースト・パルス３２０が出力される。このパルス３２０によって、位置Ｖに示すように、溶接金属Ｍが工作物Ｗ（パドルＰ）から離される。この強いアークによって、パドルＰを大いに空洞化し、溶接金属ＭとパドルＰとの間の分離が確実になされる。これにより、次のパルス３０２の後まで、初期短絡は生じない。位置Ｖで示すパルス３２０の後、低い背景電流部３０４が波形発生器５０によって生じる。これにより、パドルＰが沈静化するので、位置ＶＩに示すように空洞化が減少する。位置Ｖに示すように本発明を用いることにより、電極Ｅの先端と工作物ＷのパドルＰの間にかなり大きなギャップＧが生じる。この大きなギャップＧは、短絡回路のネッキングと破断の後のプラズマブースト・パルスによるものである。本発明によれば、より低い電圧、より速い操作、及びより少ないスパッタでの均一な溶接ビーズが可能である。アーク力によって発生するギャップによって、短絡が除去されたときパドル内の溶融金属の形状を直接制御することができる。位置Ｖに、パルス溶接における短絡の後、プラズマブースト・パルスを用いることによって得られる主要な効果が示されている。短絡を除去し、かつ、位置Ｖに示す大きなアーク力空洞内にパドルを動かすことが、プラズマブースト・パルスを使うことのみによって可能である。しかし、これはスパッタを増やす。そこで、短絡を除くことが好ましい。短絡が除去され、その後の高電力のプラズマブースト・パルスが続くので、短絡はもはや、パルス溶接の障害ではない。後述するように、周期的に短絡が発生することは有益であり、障害性が確かに減じられる。
【００３２】
プラズマブースト・パルスを用いたパルス溶接は、図８の電気アーク溶接機Ｂによって行われる。図１の従来技術の溶接機Ａに用いられたのと同一機能のコンポーネンツは、溶接機Ｂにおいても同一の図番と同一の信号を用いる。本発明を実施するため、図７の点３１４で短絡が除かれ、溶接機Ｂはライン３５２にスタート中断信号をもつプラズマブースト波形回路３５０を備えている。図７の点３１４において、ライン３５２の信号はライン３６２によってタイマ３６０に送られる。これによりタイマが作動して、中断時間を生じる。このライン３６２の中断信号は、タイマが設定時刻に進むまで続く。この信号は、プラズマブースト波形回路３５０が作動する間、中断持続時間をセットする。ライン３６４の中断信号によってスイッチ３７０が常接点３７２から中断接点３７４へ切り換わるとき、中断の間、出力３５４によってブーストパルス波形が処理される。タイマ３６０によってスイッチ３７０が中断接点３７４に保持されるとき、プラズマブースト波形回路３５０は、タイマ３６０がライン３６４に信号を与えるために調時している限り、ライン３５４に波形信号を出力する。この波形は、図７のプラズマブースト・パルス３２０である。もちろん、スイッチ３７０はデジタル・ソフトウエアスイッチであり、回路３５０が信号５を処理している間、加算器６０の出力６２から中断位置に切り換える。この信号は、電源１０の入力１８に送られる。図３に示した信号に対応する図番をもつさまざまな信号を、図９に示す。信号５、６、１０及び１１を図９の下半分に示し、これらの信号は前記他の信号と時間的に同調している。短絡が除かれてしまうと、短絡反応回路４０がライン３５２に信号１０（パルス３８０）を生じる。このパルスによって、タイムアウト位置３８４をもつ傾斜信号３８２であるタイミング信号１１がスタートする。タイマ３６０が作動している限り、ライン３５４のプラズマブースト波形が電源１０によって処理されている間、中断信号３９０が保持される。この中断信号の間、ライン１８の制御電圧は信号６で示されるパルス３９２の波形である。実際には、スパッタを最小限にする低い電流で短絡が（図７の点３１２で）生じるとき、有益である。短絡の断面積が最小のため、その短絡を除くのに最小の電流増加のみが要求される。短絡が比較的低い電流で除かれるので、生じるスパッタも最小限に抑えられる。
【００３３】
図７〜９に示す本発明を用いることにより、短絡反応回路４０によって通常の短絡ルーチンが行われた後、プラズマブーストが与えられる。本発明の広範な面によれば、プラズマブースト・パルスが短絡除去ルーチンと置き換え得るが、これは本発明に好ましい実施ではない。波形発生器６０からの標準的なパルスプログラムは、短絡を改善し、短絡が害にならないようにするため、修正できる。これらの修正は、低い背景電流部からパルス３０２の前端で高いピーク電流への速い遷移を含む。これにより、出力が遷移電流を超えるレベルまで増大し、電極先端に小滴の溶融が開始する。次に、パルス３２０の高いピーク電流から低い背景電流部３０４への速い遷移がなされる。これにより、小滴とパドルの間のアーク力が小さくなる。このアーク力が除かれると、パドルと小滴は容易に短絡する。ピーク電流から背景電流部３０４への遷移は、しばしば短絡し、初期遷移がわずかに背景電流から外れるなら確実に短絡する。こうして、パルス３０２の尾端は背景電流３０４よりもわずかに低い電流に移る。このことは、図２２を説明するときに後述する。図７に示したように、短絡反応は複数の傾斜部をもつ反応であり、初期短絡を切り離すため初期反応を最小化し、次いでより強い短絡を除くため反応電流を増す。この方法は、標準ＣＶプログラムを処理するとき、リンカーン電気社製の「パワー・ウェーブ４５５」において長年使われてきている。
【００３４】
図１０〜１２に、溶接金属の一貫した引き離しを進めるためプラズマブースト・パルスを変形した例を示す。このパルスによって電極先端に溶融小滴が生じ、次のパルスによって移動する。このパルスが完成すると、標準パルス波形が再開される。しかし、各パルスに対して同時には短絡は生じない。さらに、短絡除去に要する時間は、各短絡によって異なる。従って、タイマ５２によって決まる次のパルスとの関係で短絡除去時間は一定していない。上記パルスが完成した後の残留時間は、本発明の好ましい実施例を用いると、異なる。波形発生器５０によって作られる波形において背景電流部３０４は十分な時間を有して、溶融金属が移動する前に、電極をより近くパドルに向かって動かす。この時間は、すでに述べた理由により、各短絡が一致していない。従って、パドルに対する電極の先端位置は、一定していない。この一定でない性質の改善方法によって、次のパルスの前に、電極先端を一定距離進ませることができる。本発明の基本的方法におけるこの改善は、プラズマブースト・パルスそれ自身が処理された後、専用の背景電流部時間及び増幅ルーチンを用いる。このパルスを作る波形は変形されて、その後にそれ自身の背景電流部を含む。従って、タイマ３６０を使ってプラズマブースト・パルスの持続時間、及び背景電流部の時間と大きさを制御する。図１０の最上部に示すように、プラズマブースト・パルスは、パドルＰから一定距離に電極先端に一貫した小滴を作るのに使われる。次のパルスまでこの一貫した動作を維持するため、本発明の好ましい実施例の変形例において背景電流部の一定した時間と大きさを用いる。この変形例を図１０〜１２に示す。プラズマブースト・パルスが拡張され、それ専用の背景電流部の時間と大きさを有している。ライン３５２に短絡除去信号が現れるとスタートする時刻を設定するため、タイマ３６０を用いる。図１１の電気アーク溶接機Ｃは変形されて、ライン３５４が入力１８を制御する間、中断の終端でライン４００のリセット信号によってタイマ５２をリセットする。この中断の間、プラズマブースト回路３５０が信号５を生じて、プラズマブースト・パルス４１２及び時刻４１６が終了する背景電流部４１４をもつ波形４１０を発生する。タイマ３６０によってこの時刻４１６に、ライン４００にリセット信号が生じる。タイマ３６０が調時シーケンスを開始すると、図１２のパルス４２０として示すように中断が生じる。これは既述の中断と同じである。タイマ５２は、図１２のライン４２２に沿って計時する。位置４２４で、タイマ５２は時刻４２６でライン５４に信号を生じてリセットし、波形発生器５０の信号２に次のパルス１５０を開始させる。溶接機Ｃは、波形４１０の後尾部４１４の終端でタイマ３６０がセット時刻４３０に達すると、ライン４００にリセット信号を生じる。このリセット信号１によって信号２のパルス１５０が終了し、図１２の部分パルス１５０ａが生じる。これにより、信号４の次のパルス１５０ｂが始まる。中断（パルス）４２０の間、回路３５０によってライン３５４に波形４１０が作られる。この波形が、プラズマブースト・パルス４１２に及び背景電流部４１４に対する正確な波形である。背景電流部４１４が終わるとすぐに、次のパルス１５０ｂが始まる。従って、短絡が生じると、正確なパルス及び背景電流時間と大きさが存在する。これを図１０に示す。スイッチ３７０の中断位置によって生じるライン１８の信号は、パルス４１２及び背景電流部４１４をもつ波形４１０である。ライン４００の信号は時刻４１６に生じる。この時刻に、中断の所定波形が完成する。従って、要素４１２、４１４及び４１６は、各短絡に対して一致している。その後で、新しいパルス３０２がタイマ５２によって始められる。図１２の信号６は、入力１８に加えられて、電極Ｅと工作物Ｗの間の電流（電力）波形を制御する。新しい波形は、図１２の波形４４０である。従って、波形発生器５０の出力は、短絡の端で中断され、所定のパルスと背景電流部が処理される。この波形の結果を、図１０の位置１〜ＩＩＩに示す。パルス４１２が生じると、アーク力によってパドルＰが押されるので、パドルＰは電極Ｅの先端から離れる向きに動かされる。これを位置Ｉに示す。その後、背景電流部によってパドルＰが均一に形を整えられる。これを位置ＩＩに示す。波形４１０の終端で、溶融金属Ｍが位置ＩＩＩに示すように工作物Ｗまで移動する用意ができる、これにより、短絡の後、一貫した操作が可能になる。このような本発明の好ましい実施例の変形によって、短絡の終わりにプラズマブースト・パルスを用いるという利点を保ちながら、溶接の品質を向上させることができる。従ってプラズマブースト信号は、図１０のレベル４１４とは異なるレベルにある選定された大きさと持続時間をもつ専用の背景電流部３０４を有している。中断信号４２０は、波形４１０の間中、維持される。タイマ５２は、専用の背景電流部の終端でリセットされる。背景電流部の間、中断によって入力１８の制御がプラズマブースト回路３５０の出力に切り換えられたので、波形発生器は無視され、タイマ５２によってリセットされる。
【００３５】
図１０〜１２に示した本発明の実施例のわずかな変形例を、図１３〜１５に示す。プラズマブースト・パルスの後に電極先端に形成された溶融金属Ｍは、プラズマブースト・パルスの間の条件によって変化する。従って、アーク電圧を検知するフィードバック・ループを、専用の背景電流部４１４を調整するに使い得る。このアーク電圧は、プラズマブースト・パルスの間のアーク長を表わす。このアーク長は、背景電流部の大きさ及び／又は持続時間を測るために使われる。プラズマブースト・パルスは電力の関数として定義されるので、電圧フィードバックは相対アーク長を計算し、背景電流部の大きさ及び／又は持続時間を加減するために使われる。背景電流部の大きさと持続時間を用いることにより、短絡後、パドルに対する電極の位置の一定性を一段と増させる。図１４の溶接機Ｄに、独立の適用制御が用いられる。これは、波形４１０のパルス４１２の間に起こる検知されたアーク電圧に従って背景電流部４１４を加減する。この第２の適用制御グループのゲインは、短絡プラズマブーストの次の背景電流部に直接影響を与えるように、セットされなければならない。従って、処理されている中断に対する背景電流部の大きさと持続時間のみが適用される。こうして、電気アーク溶接機Ｄを用いてプラズマブーストがアーク電圧フィードバックループによって制御される。その最後に、背景電流部４１４の大きさと持続時間の調整が、電圧センサ３４からのアーク電圧を表す入力５０２をもつ回路５００によって完成する。その出力５０４がプラズマブースト回路３５０に送られ、中断位置３７４にあるスイッチ３７０によって決まる中断の間、背景電流部を調整する。この新しい概念は、図１３と図１５の比較によって最も良く図示される。図１３において、背景電流部４１４は、既に述べたように固定波形である。図１４のライン５０２からの電圧によって、図１５の破線部のように背景電流部４１４が調整され、波形４１０の新しい背景電流部４１４ａは新しい点４１６ａで終了する。この背景電流部４１４ａは、パルス４１２の間、実質的にアーク長に相当するアーク電圧によって調整される。他の点は、図１４の電気アーク溶接機Ｄは既述の溶接Ａ、Ｂ及びＣと同じである。
【００３６】
プラズマブースト・パルスの他の使用を図１６〜１８に示す。図１６の波形１００、１２０の各パルス３０２の間に、ブースト・パルス部６０２及び背景部６０４をもつプラズマブースト・パルス６００が挿入されている。このように、プラズマブースト・パルスは電極先端を予熱し、パドルＰへの移動のため次のパルス３０２に対して小滴を作る。パルス６００の第１セグメントであるブースト・パルス部６０２は、電極先端を予熱して小滴を作る。この予熱は、ニッケル合金とチタン非鉄金属を用いるＧＭＡＷパルス溶液に有利に用いられてきている。各標準パルス３０２の間のブースト・パルス６０２の処理において、図４、５に示したような金属芯付ワイヤやフラックス芯付ワイヤがＦＣＡＷ−Ｇ及びＦＣＡＷ−Ｓ溶接を行うために用いられてきている。このプロセスは、図１１の溶接機Ｃから短絡反応回路４０を取り去り、双方向リセットライン６０８を付加している点でＣとは異なる電気アーク溶接機Ｆによって実行される。プラズマブースト回路３５０の出力は、ライン３６４の論理によって中断スイッチ３７０が位置３７４に切り換えられているとき、入力１８に向かう固定波形４１０である。これは図１８の信号１１で、タイマ３６０により点６１２でセットカウントに至るまで部分６１０に沿って計時される。中断パルス６２０は、スイッチ３７０が中断位置３７４に保持されているとき、存在する。中断は時刻６１２でスタートし、タイマ３６０が作動する。すると、ライン３５４の出力は図１８の波形６００ａになる。タイマ５２は時刻４２４で次のパルス１５０をスタートさせ、同時に中断パルス６２０を終了させる。こうして、中断パルス６２０の間、波形６００ａがライン３５４を通って入力１８に送られる。こうして信号６は、波形発生器５０からの信号２と、ライン３５４の波形４１０に対応するパルス波形６００ｂとの間で交互に変わる。タイマがリセットする間、中断が処理されて回路３５０からの入力１８によって電源１０が駆動する。こうして、プラズマブースト・パルス６００は電源１０によって通常のパルス３０２の間にルーチン的に実行される。この動作は図１６の上部に最も良く示され、位置ＩとＩＩの間で溶接金属Ｍが工作物Ｗまで移されるように、電極Ｅの先端が溶かされる。次に、位置ＩＩＩのように溶接金属Ｍが工作物ＷのパドルＰに移される。位置ＩＶで、高出力のプラズマブーストを含む波形６００が電極Ｅと工作物Ｗの間で実行される。これにより、位置ＶのパドルＰの動きが生じる。背景部６０４がアークを介して流れると、パドルＰは溶融金属Ｍに向かって退き、位置Ｖのように次のパルス３０２を待つ。波形６００ａのパルス部によって電極先端が加熱され、次のパルス間に移される溶融小滴を生ずる。この方法は単独であるいは図１８のタイミング・シーケンスと結合して用い得る。他の配列も、標準パルス３０２の間のプラズマブースト・パルスを挿入するために用い得る。溶接機Ｆは、オプションとして、図１４の溶接機Ｄの背景部調整特性をもち得る。好ましくは、波形６００ａに対する背景部は固定される。電圧あるいはアーク長からのフィードバックは、オプションである。
【００３７】
図２３は、プラズマブースト・パルスが各標準パルスの間に作られたとき、新規なプロセスの実行をする電流波形を示している。各パルス９００の後に、点９１０で短絡が生じる。この短絡はパルス９００のピークでは生じず、減衰部９０２の後に生じる。電流のコブ９０４を生じるパドルの律動によって、短絡は自然に除かれる。短絡除去ルーチンが既に述べたように電流を増やす前に、遅延が生ずる。この遅延が終わる前に短絡が自然に除かれると、電流の増加はない。こうして、短絡除去電流が上昇する前に、点９１２で短絡がしばしば除かれる。点９１２でのこの第２信号は、図９の信号９のパルス１４０の尾端である。この第２信号が電圧センサ３４によって生ずると、短絡が除かれ、プラズマブースト・パルス９３０が生じる。回路に固有の時間遅れによって、点９１２での第２信号とパルス９３０の開始との間に、わずかな遅延９２０が生じる。その後、背景電流９３２が次のパルス９００になるまで流れる。短絡除去電流の前のわずかな遅延は、図９のパルス１４２の生ずる前に起こり得るが、短絡の間、その遅延は短絡を自然に除く時間よりも長くなり得る。その遅延が終わる前に短絡が除かれると、溶接機は直接、固有の遅延９２０をもつプラズマブーストに進む。パルス９００の間、急激な電流増加があってアークのエネルギーを増し、電極先端から下に伸びる溶融小滴を形成して絞る。図２３の時間Ｒの間、パルスは減衰して溶融パドルを押さえ付けるプラズマ力を緩める。これにより、パドルが小滴に向かって立ち上がる。点９１０で短絡が生じる。小滴はパドルと接触する。点９１２で短絡が終わるや否や、プラズマブースト・パルスによってパドルが押しやられ、電極先端を調節する。これにより、溶融金属が電極先端から確実に離れ、パドルが安定した周期的律動をする。短絡除去の前の遅延により、短絡が除去電流によってではなく、そのパドルの律動によって除かれる。その遅延の間に短絡が除かれなければ、標準的な短絡除去ルーチンが実行される。点９１２での第２信号により、短絡が除かれたことがコントローラに知らされる。次いで、プラズマブースト・パルスが出力される。これが、図１６〜１８の溶接機の動作である。
【００３８】
図１９〜２１に、異なる短絡除去ルーチンをもつプラズマブースト・パルス部を含む波形を用いる本発明の他の実施例を示す。溶接機Ｈは、入力７０２と出力７０４をもつ標準的な予告回路７００を有して、図１１の溶接機Ｃに似ている。センサ３４からのアーク電圧のｄｖ／ｄｔが、短絡除去ルーチンの間短絡を妨げることを表す所定レベルを超えるとき、出力の論理が示す。ｄｖ／ｄｔ回路は標準的で、短絡が現れそうであることを示す基準レベルに等しいか、それよりも大きな（波形の）傾斜を検知する。この回路は、ライン３５２の信号が図２１の波形７１０のアーク部７１２を終了させ、プラズマブースト回路３５０の出力３５４にプラズマ部７１４を開始させるように、短絡反応回路４０を止める。予告回路７００の出力７０４は、図２０に示された多くの信号（図１９の信号の図番と一致している）の１つである信号１２のパルス７２０として示されている。図１９の溶液機Ｈは、溶液機Ｃに対する図１１の信号と実質的に同一の図番を有する図２０の信号を発生する。溶接機ＨとＣの基本的な差は、波形７１０の短絡除去部７１２にある。短絡が図２０の点１３２で生じると、短絡除去部７１２は短絡反応回路４０によって実行され、ここが異なり、７３０で表される短絡時に電流の急減を含んでいる。回路４０はプリセット時間７３２の間電流を低く保ち、その後、短絡除去ルーチンが実行される。このルーチンは傾斜部７３４に沿って電流の急増を伴って始まり、次いでもっと緩やかな第２傾斜部７３６が続く。この電流増加は短絡を通して導かれ、短絡が絞られ始めてｄｖ／ｄｔを増大させる。このｄｖ／ｄｔがある特定値に達すると、パルス２０が生じ、電流を減少部７３０にあるレベルと同様の低いレベルまで急減させる。予告関係は、ｄｖ／ｄｔ、ｄｉ／ｄｔ、ｄｐ／ｄｔその他の時間に関する導関数である。パルス７２０によって生じた電流急減によって、また、図２１の波形７１０のプラズマ部７１４がスタートする。他の実施例では、波形７１０は短絡の発生によって開始される。プラズマ部７１４は後尾部７４２をもつプラズマブースト・パルス７４０を有する。この後尾部７４２は図１９においてより一層明瞭であるが、さまざまな形状をもつ。溶接機Ｈは独特な短絡除去方法を用い、それによれば除去ルーチンの終了は、溶接機Ｃに用いられた電圧検出器とは対照的に、短絡の切迫した発生によって決められる。他の点は、同一である。例外は、プリセット時間７３２の間の減少電流部である。金属移動ライン（電流）７４４は、ピーク電流よりも小さいが、プラズマブースト・パルスの最大電源よりも大きい。短絡が生じると、短絡が除かれ、プラズマブースト・パルスが始まって、前進する電極が次の移動のために溶融金属球を形成している間、溶融金属パドルを電極から遠ざけさせる。図２１の波形７１０を用いることにより、短絡による金属の移動は混乱させられず、有利でさえあり得る。実際、本発明を用いると、各パルス１５０の後で短絡による移動は利点を有することがわかっている。従って、パルス溶接における短絡による金属の移動に基づく本発明の変形が開始された。この変形は本発明の新規なプラズマブースト・パルスを用い、図２２に示されている。
【００３９】
図２２に、通常のスプレー移動の代わりに、短絡による金属移動のためパルス溶接において新規なプラズマブースト・パルスの使用を示す。本発明のこの側面は、これまで詳述したさまざまな電気アーク溶接機の要素を用いる。通常のパルス溶接波形８００は、背景電流部８０４によって分けられ周期ｎをもつパルス８０２を有する。各ピーク電流８０６は、通常のスプレー移動のため前進する電極（の先端）を溶かす処理時間を有する。アークを通じたこの移動は、ピーク電流の終端８１０で起こる。パルス８０２は、金属を溶かし、工作物に向かってその溶融金属の小滴を推進させるのに十分なエネルギーをもつように意図されている。この行為が生じないと、前進するワイヤ（電極）先端の溶融金属球がパドルの溶融金属と接触するとき短絡が生じる。この接触は同２２の点８１２で示す短絡を生じ、これまでに述べた方法を実行し作動させる。ここで、短絡によって金属除去ルーチンが生じ、制御された第２背景電流を用いて、又は用いずに、新しいプラズマブースト・パルスを支える。通常のパルス溶接と図２２の本発明の側面との差異を説明するため、波形８００を用いる通常のパルス溶接のパラメータが有用である。
【００４０】
ピーク電流８０６はその値が５５０Ａで、持続時間は約２．０ｍｓである。背景電流８０４は、９０Ａで、周期ｎは約８．３ｍｓである。これらのパラメータは、パルス溶接を典型的に表わすものであり、本発明は既述したようにこのパルス溶接プロセスに付加要素を加えたものである。図２２において、本発明は、溶融金属を移動させるため短絡条件を利用するプロセスに用いられる。このプロセスは、本発明を用いることによって静かなパドル動特性が得られるので、採用し得る。図２２の新規なパルス溶接プロセスは、波形８００の周波数の２倍に増加した周波数で与えられている電流パルス８３０をもつ波形８２０を用いる。この高い周波数を用いて、パルス８３０間の周期ｍは、周期ｎと比べて約４．３ｍｓと短くできる。波形８２０として示したプロセスに対するテンプレートも、通常のパルス溶接波形８００と異なる他の変形を有する。例えば、ピーク電流は、４７５Ａのような減少した値をもち、持続時間も１．５ｍｓと短い。これらは典型的なパラメータであるが、パルス８３０は、パルス８０２によって示されたように溶融金属を電極から実際に分離させ、それを工作物に向かって推進させるようには意図されていない。従って、ワイヤ電極が工作物に向かって前進するとき、パルス８３０は単にワイヤ先端に溶融金属球を形成するだけである。ピーク電流が減少すると、その溶融金属球はパドルに向かって進む。図２２の本発明の実施例によれば、ピーク電流８３２の後の電流の減少は、より低い電流点８４０まで背景電流レベル８３４未満である。これにより、前進する溶融金属球とパドルとの間のアーク力が減少する。こうして、パドルは、球がパドルに向かって動いているとき、その球に向かって上昇する。これにより、点８４２で短絡が生じ、既述したように検知される。次に、本発明は波形８５０を生じる。この波形は、パルス部８５２と後尾部８５４を有し、次のパルス８３０に先立って前進するワイヤを溶融させ始めるアークがあるとき、プラズマ部の間に生じる。前述したように、除去回路は点８４２で活性化して、２つの傾斜部８６２、８６４をもつ除去ルーチンを与える。図２２の本発明を用いることにより、波形８２０はより高い周波数及びより少ないエネルギーで、パルスを与える。パルスの終端で作動する回路により、アーク電流が急減して短絡を確実にする。こうして、短絡による金属移動が成し遂げられる。実際の短絡の終了に続くプラズマブースト波形を用いることの効果によって、この新しいパルス溶接プロセスを使用することができる。
【００４１】
以下に、本発明とその好ましい態様をまとめて記載する。
１．前進する電極と工作物の間の電圧駆動電流によってパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が出力電圧をもつと共に、前記の前進する電極と前記の工作物の間に短絡が発生すると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路、および前記短絡信号が生じた後プラズマブースト・パルスを生じさせるためのブースト回路をもつことを特徴とする電気アーク溶接機。
【００４２】
２．前記信号の後および前記プラズマブースト・パルスの前に前記電流を増加させるための回路を有する１記載の溶接機。
３．前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する１又は２記載の溶接機。
４．前記プラズマブースト・パルス０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する１〜３のいずれかに記載の溶接機。
【００４３】
５．前記電極が芯付ワイヤである１〜４のいずれかに記載の溶接機。
６．前記プラズマブースト・パルスがアーク電流の調整による１又は２記載の溶接機。
７．前記プラズマブースト・パルスがアーク電流の調整による１又は２記載の溶接機。
【００４４】
８．前記プラズマブースト・パルスがアーク電力の調整による１又は２記載の溶接機。
９．前記プラズマブースト・パルスが傾斜出力特性によって調整される１又は２記載の溶接機。
１０．前記パルス溶接プロセスの前記パルスの周期を設定するためのタイマを有する１〜９のいずれかに記載の溶接機。
１１．前記ブースト回路が前記プラズマブースト・パルスに続く制御された背景部を生じる１〜１０のいずれかに記載の溶接機。
【００４５】
１２．前記パルス溶接プロセスの前記パルスの周期を設定するためのタイマおよび前記タイマをリセットするために前記背景部の終端に応答する回路を有する１〜１１のいずれかに記載の溶接機。
１３．前記プラズマブースト・パルスの間に前記アーク電圧を検知するため回路および前記検知されたアーク電圧に基づいて前記背景部を調整するための回路を有する１１又は１２記載の溶接機。
【００４６】
１４．前記電圧が２５Ｖ未満である１〜５のいずれかに記載の溶接機。
１５．アーク長が０．３０インチ未満である１〜５のいずれかに記載の溶接機。
１６．前記パルス溶接プロセスが、一連の波形を有し、前記波形が１８ｋＨｚを超える周波数で波形発生器によって制御される波形をもって発生する一連の短絡電流パルスによって生じる１〜１５のいずれかに記載の溶接機。
【００４７】
１７．前記電極を工作物の間に短絡が生ずると直ちに前記波形を中断させるための中断回路を有する１６記載の溶接機。
１８．プラズマブースト・パルスの波形が前記中断の間に前記溶接機によって処理される１７記載の溶接機。
１９．前記芯付ワイヤが芯内に有効量の硫黄を有する金属芯付ワイヤである１５記載の溶接機。
【００４８】
２０．前記硫黄が電極の０．０１０〜０．０３０重量％の範囲である１９記載の溶接機。
２１．前記パルス溶接プロセスが、一連の波形を有し、前記波形が１８ｋＨｚを超える周波数で波形発生器によって制御される波形をもって発生する一連の短絡電流パルスによって生じる２０のいずれかに記載の溶接機。
２２．前記電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに前記波形を中断させるための中断回路を有する２１記載の溶接機。
【００４９】
２３．プラズマブースト・パルスの波形が前記中断の間に前記溶接機によって処理される２２記載の溶接機。
２４．（ａ）電極と工作物の間の短絡を検出し、そして
（ｂ）前記短絡の後でプラズマブースト・パルスを生じさせるステップからなることを特徴とする前進する電極と工作物の間の一連のパルス溶接方法。
【００５０】
２５．さらに（ｃ）前記プラズマブースト・パルスの前に前記短絡を除くステップを有する２４記載の方法。
２６．前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの範囲にある調整電力を有する２４又は２５記載の方法。
２７．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する２４又は２５記載の方法。
２８．前記電極が芯付ワイヤである２４〜２７のいずれかに記載の方法。
【００５１】
２９．前記プラズマブースト・パルスが調整アーク電流である２１〜２８のいずれかに記載の方法。
３０．前記プラズマブースト・パルスに続く制御背景電流部を生じさせるステップを含む２４〜２９のいずれかに記載の方法。
３１．前進する電極と工作物の間の一連の出力パルスによる溶接のための電気アーク溶接機において前記溶接機がパルスの間にプラズマブースト電流パルスを生じさせるための回路、ある所定時刻に出力パルスを開始させるための第１タイマ、および電流パルスの間のある所定位置で前記プラズマブースト・パルスを生じさせるための第２のタイマを有することを特徴とする電気アーク溶接機。
【００５２】
３２．前記プラズマブースト・パルス５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する３１記載の溶接機。
３３．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する３１又は３２記載の溶接機。
３４．前記電極が芯付ワイヤである３１〜３２のいずれかに記載の溶接機。
３５．前記プラズマブースト・パルスがアーク電流の調整による３１記載の溶接機。
【００５３】
３６．出力パルスの間にプラズマブースト・パルスを生じさせるステップをもつことを特徴とする電極と工作物の間の一連の出力パルスによるパルス溶接方法。
３７．前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの範囲の調整電力を有する３６記載の方法。
３８．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの継続時間を有する３６または３７記載の方法。
【００５４】
３９．前記電極が芯付ワイヤである３６〜３８のいずれかに記載の方法。
４０．前進する電極と工作物の間の電流によってパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において前記溶接機が前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路および短絡を除くため前記信号の後に電流を増すための回路をもつことを特徴とする電気アーク溶接機。
【００５５】
４１．前記電圧が２５Ｖ未満である４０記載の溶接機。
４２．前記電圧が１７〜２２Ｖの範囲にある４０記載の溶接機。
４３．前記芯付ワイヤが自己シールドである４０〜４２のいずれかに記載の溶接機。
【００５６】
４４．一連の波形を含むパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路、および短時間にピーク電流から背景電流よりも低いレベルの電流に移り、次に背景電流に移って各パルスの後に短絡を助長する波形の１つの各パルスを生じるための回路をもち、前進する電極と工作物の間の電流によって、ピーク電流および背景電流部で定義されるパルスをそれぞれ有することを特徴とする電気アーク溶接機。
【００５７】
４５．前記波形が１８ｋＨｚを超える周波数で波形発生器によって制御される波形をもって発生する一連の短絡電流パルスによって生じる４４記載の溶接機。
４６．前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路、および前記短絡信号を生じた後にプラズマブースト・パルスを生じるブースト回路をもつことを特徴とする前進する電極と工作物の間の電流によってパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機。
【００５８】
４７．前記信号の後、および前記プラズマブースト・パルスの前に、短絡を弱めさせるため、電流を増すための回路を有する４６記載の溶接機。
４８．前記短絡の弱めを予告するための予告回路および前記電流を減らして次に前記予告がされたときブースト回路を作動させる回路を有する４７記載の溶接機。
４９．前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する４６又は４７記載の溶接機。
【００５９】
５０．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する４９記載の溶接機。
５１．短絡が弱まる前に第１および第２増加傾斜に電流増加を制御するための回路を有する４６〜５０のいずれかに記載の溶接機。
５２．前記電極が芯付ワイヤである４６〜５１のいずれかに記載の溶接機。
５３．前記芯付ワイヤが芯内に有効量の硫黄を有する金属芯付電極である５２記載の溶接機。
【００６０】
５４．（ａ）前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じ、そして
（ｂ）前記短絡信号が生じた後に電極と工作物の間にプラズマブースト・パルスを生じさせるプロセスからなることを特徴とする前進する電極と工作物の間の一連のパルスによる溶接方法。
５５．さらに、（ｃ）前記信号の後および前記プラズマブースト・パルスの前に、短絡を除くために電流を増させるスラップを有する、５４記載の方法。
【００６１】
５６．前記プラズマブースト・パルスの５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する５４又は５５記載の方法。
５７．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する５４〜５６のいずれかに記載の方法。
５８．前記電流が前記信号の後に増し、次に短絡が除かれるときに減る５５記載の方法。
５９．前記電極が芯付ワイヤである５４〜５８のいずれかに記載の方法。
【００６２】
６０．前記芯付ワイヤが芯内に有効量の硫黄を有する金属芯付ワイヤである５９記載の方法。
６１．前進する電極と工作物の間でパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が短絡を強制するため各パルスの後に直ちに溶接電流を背景電流よりも低く減らすための回路、前進する電極と工作物の間に短絡が生ずると直ちに信号を生じる短絡検知回路および短絡が生じた後プラズマブースト・パルスを生じさせるためのブースト回路をもち、電流パルスの前後にピーク電流および背景電流をそれぞれ有する一連のパルスをもつ溶接電流を含む波形を有することを特徴とする電気アーク溶接器。
【００６３】
６２．前記信号の後および前記プラズマブースト・パルスの前に前記電流を増すための回路を有する６１記載の溶接機。
６３．前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する６１記載の溶接機。
６４．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する６１記載の溶接機。
【００６４】
６５．前記電極が芯付ワイヤである６１記載の溶接機。
６６．前記芯付ワイヤが芯内に有料量の硫黄を有する金属芯付ワイヤである６５記載の溶接機。
６７．前記硫黄が電極の０．０１０〜０．０３０重量％の範囲にある６６記載の溶接機。
【００６５】
６８．（ａ）短絡を強制するため各電流パルスの後の溶接電流を背景電流よりも低く減らし、
（ｂ）短絡と検知すると直ちに信号を生じ、
（ｃ）前記信号を生じると直ちに短絡を除き、そして
（ｄ）前記短絡が除かれたときプラズマブースト・パルスを生じるスラップからなることを特徴とする電流パルスの前後にピーク電流および背景電流をそれぞれもつ一連のパルスを含む溶接機電流を有する前進する電極を工作物の間でのパルス溶接方法。
【００６６】
６９．前記パルスのピーク電流の間、短絡を防ぐステップを有する６８記載の方法。
７０．前記短絡を防ぐステップがピーク電流の時間を制限することによる６９記載の方法。
７１．前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する６８記載の方法。
７２．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する６８〜７１のいずれかに記載の方法。
【００６７】
７３．前記電極が芯付ワイヤである６８記載の方法。
７４．前記芯付ワイヤが有効量の硫黄を有する金属芯付ワイヤである７３記載の方法。
７５．前記硫黄が電極の０．０１０〜０．０３０重量％の範囲にある７４記載の方法。
【００６８】
７６．前進する電極と工作物の間の電圧駆動電流によりパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が出力電圧をもち、且つ前進する電極と工作物の間に短絡が生じると直ちに短絡信号を生じる短絡検知回路、前記信号の後に電流を増すための回路、および前記短絡が生じた後にプラズマブースト・パルスを生じさせるためのブースト回路をもつことを特徴とする電気アーク溶接機。
【００６９】
７７．前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する７６記載の溶接機。
７８．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する７６記載の溶接機。
７９．前記電極が芯付ワイヤである７６記載の溶接機。
８０．前記プラズマブースト・パルスがアーク電流の調整による７６記載の溶接機。
８１．前記プラズマブースト・パルスがアーク電圧の調整による７６記載の溶接機。
８２．前記プラズマブースト・パルスがアーク電力の調整による７６記載の溶接機。
【００７０】
８３．前記ブースト回路がプラズマブースト・パルスに続く制御背景部を生じる７６記載の溶接機。
８４．前記電圧が２５Ｖ未満である７６記載の溶接機。
８５．アーク長が０．３０インチ未満である７６記載の溶接機。
８６．前記パルス溶接プロセスが一連の波形を有し、前記波形が１８ｋＨｚを超える周波数で波形発生器によって制御される波形を有して発生する一連の短絡電流パルスによって生じる７６記載の溶接機。
【００７１】
８７．前記芯付ワイヤが芯内に有効量の硫黄を有する金属芯付ワイヤである７９記載の溶接機。
８８．前記硫黄が電極の０．０１０〜０．０３０重量％の範囲にある８７記載の溶接機。
８９．前進する電極と工作物の間の電圧駆動電流によってパルス溶接プロセスを行うための電気アーク溶接機において、前記溶接機が前進する電極と工作物の間で短絡が生じると直ちに第１信号を生じ、前記短絡が除かれると第２信号を生じる短絡検知回路、および前記第２信号が生じた後にプラズマブースト・パルスを生じさせるためのブースト回路をもつことを特徴とする電気溶接機。
【００７２】
９０．前記第１信号の後、および前記プラズマブースト・パルスの前に前記電流を増すための回路を有する８９記載の溶接機。
９１．前記電流増加回路の作動の第１信号の間に遅延を有する９０記載の溶接機。
９２．前記プラズマブースト・パルスが５ｋＷ〜２０ｋＷの調整電力を有する８９〜９１のいずれかに記載の溶接機。
９３．前記プラズマブースト・パルスが０．２ｍｓ〜５．０ｍｓの持続時間を有する８９〜９１のいずれかに記載の溶接機。
９４．前記プラズマブースト・パルスがアーク電圧、アーク電力又は傾斜出力特性によって調整される８９記載の溶接機。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来技術によるパルス溶接用電気アーク溶接機を示すブロック回路図。
【図２】従来技術によるパルス溶接の電流・電圧の波形を示すグラフ。
【図３】図１の電気アーク溶接機の各場所における信号の波形を示すグラフ。
【図４】本発明に用いる芯付・外部シールドガス付電極を示す一部破断拡大図。
【図５】本発明に用い得るフラックス芯付電極を示す一部破断拡大図。
【図６】通常図１の従来技術の電気アーク溶接機に用いる外部シールドガス付固体電極を示す一部破断拡大図。
【図７】本発明の好ましい実施例による電極と工作物の各位置関係に対応するパルス溶接の電流と電圧の波形を示すグラフ。
【図８】図７のパルス溶接用電気アーク溶接機を示すブロック回路図。
【図９】図８の電気アーク溶接機の各場所における信号の波形を示すグラフ。
【図１０】本発明の好ましい実施例にある変形を加えた各位置関係に対応するパルス溶接の電流を電圧の波形を示すグラフ。
【図１１】図１０のパルス溶接機用電気アーク溶接機を示すブロック回路図。
【図１２】図１１の電気アーク溶接機の各場所における信号の波形を示すグラフ。
【図１３】背景電流部が適応調整されている図１０〜１２のパルス溶接に用いる変形例の電流と電圧の波形を示すグラフ。
【図１４】図１３のパルス溶接用電気アーク溶接機を示すブロック回路図。
【図１５】図１３のグラフに類似した調整例を示す電流・電圧の波形のグラフ。
【図１６】各パルスの間にプラズマブースト・パルスと背景部を有するパルス溶接に用いる電流と電圧の波形を示すグラフ。
【図１７】図１６のパルス溶接用電気アーク溶接機を示すブロック回路図。
【図１８】図１７の電気アーク溶接機の各場所における信号の波形を示すグラフ。
【図１９】図２０・２１に示すパルス溶接を行うための電気アーク溶接機を示すブロック回路図。
【図２０】図１９の電気アーク溶接機の各場所における信号の波形を示すグラフ。
【図２１】図１９の電気アーク溶接機と図２０の信号を用いる波形を示すグラフ。
【図２２】短絡を確実にさせるためにパルス溶接を制御しながら行う本発明によって得られる波形を示すグラフ。
【図２３】図１６〜１８の電気アーク溶接機を用いて得られる実用的な電流の波形を示すグラフ。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆ，Ｈ：電気アーク溶接機
Ｅ：電極
Ｇ：ギャップ
Ｍ：溶融金属
Ｐ：パドル
Ｗ：工作物
１０：電源
４０：短絡反応回路
５０：波形発生器
５２：タイマ
１００：電流グラフ（波形）
１２０：電圧グラフ（波形
１３０：ピーク電圧（パルス）
３５０：プラズマブースト波形回路
３６０：タイマ
３７０：スイッチ
４１０，７１０，８２０：波形
８００：通常のパルス溶接波形
９００：パルス
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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