(57)【要約】  溶接システムにおいて、溶接トーチ上のトリガーまたはスイッチが押下される等が行われると、溶接アークの開始に先立って予熱プロセスが実行される。予熱プロセスは電源１０から溶接電極への所望の電流および電圧の生成と印加とを含む。予熱は溶接電極が所望の温度または抵抗値に到達するまで続き、このことは、増加する電圧、減少する電流、ピークに達するとともに低下する電圧、抵抗値および／または電力の測定値等を参照することによって判断することができる。予熱に続いて、所望の溶接プロセスを前記溶接アークの開始から始めることができる。システムは、電力変換回路部２４および制御回路部２２を有する電源１０、信号源１６、電流モニターセンサーおよび電圧モニターセンサーを備える。
2016506873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接方法であって、
溶接プロセスの開始を示す信号を受信することと、
溶接アークの開始に先立って、溶接電極に印加される電圧または該溶接電極に印加される電流を制御し、それにより前記電極を予熱することと、
フィードバック電圧およびフィードバック電流をモニタリングし、それにより予熱の終了を判断することと、
予熱を終了させるとともに所望の溶接プロトコルに従って前記溶接アークを開始することとを含む溶接方法。
【請求項２】
作業者が溶接トーチのトリガーを押下する結果として該トーチから前記信号を受信する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
予熱している間、前記溶接電極に印加される電流は概ね一定に維持され、前記電極からの電圧フィードバックは増加に関してモニタリングされる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電極からの前記電圧フィードバックが所定の閾値に到達するとき、予熱を終了させる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電圧フィードバックがピークに到達するとともに低下するとき、予熱を終了させる請求項３に記載の方法。
【請求項６】
予熱している間、前記溶接電極に印加される電圧は概ね一定に維持され、前記電極からの電流フィードバックは低減に関してモニタリングされる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記印加される電圧および前記印加される電流をモニタリングして前記溶接電極が所望の抵抗値に到達した時点を求め、そのとき予熱を終了させる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記印加される電圧および前記印加される電流をモニタリングして前記溶接電極が所望の電力レベルに到達した時点を求め、そのとき予熱を終了させる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記印加される電流、前記印加される電圧、および前記予熱の終了のうちの少なくとも１つは前記電極のタイプおよび前記電極のサイズに依拠する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
溶接方法であって、
溶接プロセスの開始を示す信号を受信することと、
溶接アークの開始に先立って、溶接電極に印加される電圧または該溶接電極に印加される電流を自動的に制御し、それにより前記電極を予熱することと、
モニタリングされた前記溶接電極に印加された電流と前記溶接電極に印加された電圧とに基づいて、前記電極が所望の抵抗値または所望の電力レベルに到達したと判断されるとき、予熱を終了させることと、
所望の溶接プロトコルに従って前記溶接アークを開始することとを含む溶接方法。
【請求項１１】
予熱の終了はフィードバック電圧が所望の閾値に到達することに基づく請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
予熱の終了はフィードバック電流が所望の閾値に到達することに基づく請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
予熱の終了はフィードバック電圧が最大レベルに到達するとともに低下することに基づく請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記印加される電流、前記印加される電圧、および前記予熱の終了のうちの少なくとも１つは前記電極のタイプおよび前記電極のサイズに依拠する請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
溶接システムであって、
協働して、溶接電流および溶接電圧を溶接電極に供給するように構成される電力変換回路部および制御回路部を備える電源と、
溶接プロセスの開始信号を供給するように構成される信号源と、
電流および電圧モニターセンサーとを具備し、
前記制御回路部は、溶接アークの開始に先立って、溶接電極に印加される電圧および該溶接電極に印加される電流を制御して該電極を予熱し、該印加された電圧および該印加された電流をモニタリングして予熱の終了を判断し、予熱を終了させるとともに所望の溶接プロトコルに従って前記溶接アークを開始するように構成される溶接システム。
【請求項１６】
前記信号源は溶接トーチを含む請求項１５に記載の溶接システム。
【請求項１７】
予熱している間、前記溶接電極に印加される電流は概ね一定に維持され、電圧フィードバックは増加に関してモニタリングされる請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電極に印加される電圧が所定の閾値に到達するとき、予熱を終了させる請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記印加される電圧がピークに到達するとともに低下するとき、予熱を終了させる請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
予熱している間、前記溶接電極に印加される電圧は概ね一定に維持され、電流が低減に関してモニタリングされる請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
前記印加される電圧および前記印加される電流をモニタリングして前記溶接電極が所望の抵抗値に到達した時点を求め、そのとき予熱を終了させる請求項１５に記載のシステム。
【請求項２２】
前記印加される電圧および前記印加される電流をモニタリングして前記溶接電極が所望の電力レベルに到達した時点を求め、そのとき予熱を終了させる請求項１５に記載のシステム。
【請求項２３】
溶接方法であって、
溶接プロセスの開始を示す信号を受信することと、
溶接アークの開始に先立って、溶接ワイヤがアーク状態下になかった時間量を求めることと、
前記求められた時間量に基づいて、予熱時間、電流または電圧のうちの少なくとも１つを求めることと、
タイマーに基づいて予熱サイクルを終了させることと、
所望の溶接プロトコルに従って前記溶接アークを開始することとを含む溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には溶接機に関し、より詳細には、溶接を実行する前に、溶接ワイヤに対し予熱動作を行うように構成される溶接機に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、2013年2月5日出願の米国仮特許出願第61/761007号「Welding Wire Preheating System and Method」の本出願であり、この米国仮出願は、あらゆる目的から、本願と一体をなすものとして参照する。
【背景技術】
【０００３】
広範囲の溶接システムおよび溶接制御方式が様々な目的に対して実施されている。連続的な溶接動作においては、金属不活性ガス（ＭＩＧ）技法が、不活性ガスによってシールドされた溶接ワイヤを溶接トーチから供給することによって、連続した溶接ビーズの形成を可能にする。電力が溶接ワイヤに供給され、加工物を通じて回路が完成して、そのワイヤと加工物とを溶かして所望の溶接を形成するアークを維持する。
【０００４】
進歩した形式のＭＩＧ溶接は、溶接電源においてパルス状の電力を発生させることに基づいている。すなわち、様々なパルス方式を実行することができ、それらの方式では、電流パルスおよび／または電圧パルスを電源制御回路部から指令して、これにより、溶接ワイヤからの金属溶滴の形成および堆積を調節する、溶融池の所望の加熱および冷却プロファイルを維持する、ワイヤと溶融池との間の短絡を制御する、等を行う。一方、他の溶接方式が存在し、通常、パルス化されていない電力を供給する方式が用いられる。種々の方式は「棒プラス」極性、または「棒マイナス」極性に依拠することができ、本開示はこれらのうちの任意のもの、およびすべてのものに関することができる。
【０００５】
ＭＩＧ溶接技法は、多くの用途において非常に効果的である一方、溶接が、電極が「コールド」である状態からスタートするかまたは「ホット」である状態からスタートするかに起因して、異なる初期溶接性能を示す場合がある。一般に、コールド電極スタートは、電極先端および近傍の金属が周囲温度であるか、またはその温度に比較的近い状態でのスタートであると考えることができる。対照的に、ホット電極スタートは、通常、電極先端および近傍の金属が大幅に昇温されているが電極ワイヤの融点よりは低い状態でのスタートである。いくつかの用途において、アークおよび溶接の開始は、電極がホットであるときに容易になると考えられている。しかしながら、現在の最先端技術は、溶接の開始に先立って電極が加熱されていることを確実にする方策を提供していない。
【０００６】
したがって、溶接性能を改良するように加熱した電極から溶接を開始することを可能にする、改良された溶接方策の必要性がある。
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、こうした必要性に応えるように構成された方法およびシステムに関する。或る特定の態様によれば、溶接方法は、溶接プロセスの開始を示す信号を受信することと、溶接アークの開始に先立って、溶接電極に印加される電圧または溶接電極に印加される電流を制御し、それによりこの電極を予熱することとを含む。フィードバック電圧およびフィードバック電流をモニタリングし、それにより予熱の終了を判断し、その後、予熱を終了させるとともに所望の溶接プロトコルに従って溶接アークを開始する。
【０００８】
別の態様によれば、溶接方法は、溶接プロセスの開始を示す信号を受信することと、溶接アークの開始に先立って、溶接電極に印加される電圧または溶接電極に印加される電流を自動的に制御し、それによりこの電極を予熱することとを含む。次に、モニタリングされた溶接電極に印加された電流と溶接電極に印加された電圧とに基づいて、電極が所望の抵抗値または所望の電力レベルに到達したと判断されるとき、予熱を終了させ、所望の溶接プロトコルに従って溶接アークを開始する。
【０００９】
更なる態様によれば、溶接システムは、協働して溶接電流および溶接電圧を溶接電極に供給するように構成される電力変換回路部および制御回路部を備える電源と、溶接プロセスの開始信号を供給するように構成される信号源と、電流および電圧モニターセンサーとを備える。制御回路部は、溶接アークの開始に先立って、溶接電極に印加される電圧および電極に印加される電流を制御してこの電極を予熱し、印加された電圧および印加された電流をモニタリングして予熱の終了を判断し、予熱を終了させるとともに所望の溶接プロトコルに従って溶接アークを開始するように構成される。
【００１０】
本発明のこれらの特徴、態様および利点、並びに他の特徴、態様および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むとき、より良く理解されるであろう。添付の図面において、図面全体を通して、同様の参照符号は同様の部材を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】溶接開始に先立って電極が加熱される溶接動作を実行するためにワイヤ送給装置に結合された電源を示す、例示のＭＩＧ溶接システムを表す図である。
【図２】図１に示すタイプの溶接電源のための例示の制御回路部コンポーネントを表す図である。
【図３】電極が予熱される溶接プロセスにおける例示のステップを示すフローチャートである。
【図４】電極を予熱するために生成され、印加される電圧波形および電流波形を示す図である。
【図５】電極を予熱するために生成され、印加される電圧波形および電流波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで図１を参照すると、例示の溶接システムが、導体または導管１４を介して互いに結合された電源１０とワイヤ送給装置１２とを備えるように図示されている。図示する実施形態では、電源１０はワイヤ送給装置１２から分離されており、それによりワイヤ送給装置は、溶接ロケーションの近くの電源から或る距離に配置することができ、導管１４は、電源１０とワイヤ送給装置１２との間で制御信号および電力を伝達する溶接ケーブルとして実施される。しかしながら、いくつかの実施態様では、ワイヤ送給装置は電源と統合することができることは理解されたい。このような場合、導管１４はシステムの内部に存在する。ワイヤ送給装置が電源から分離されている実施形態では、通常、端子は電源部およびワイヤ送給装置に設けられて導体または導管をシステムに結合することを可能にし、それにより、電力およびガスを電源からワイヤ送給装置に供給することを可能にし、データを２つの装置間で交換することを可能にする。
【００１３】
システムはワイヤ、電力およびシールドガスを溶接トーチ１６へ供給するようになっている。当業者であれば理解するように、溶接トーチは多くの様々なタイプのものとすることができ、通常は、溶接ワイヤおよびガスを加工物１８に隣接するロケーションに送給することを可能にし、そのロケーションで溶接部が形成されて２つ以上の金属部品をつなぐ。通常、第２の導体は溶接加工物にわたされ、それにより電源と加工物との間の電気的な回路が完結する。
【００１４】
システムは、特に電源上に設けられる作業者インターフェース２０を介して、作業者がデータ設定を選択することを可能にするようになっている。通常、作業者インターフェースは電源の前面の面板内に組み込まれ、溶接プロセス、使用されるワイヤのタイプ並びに電圧および電流の設定等の設定を選択することを可能にすることができる。特に、システムは、種々の鋼、アルミニウムまたはトーチを通じてチャネル化される他の溶接ワイヤを用いるＭＩＧ溶接を可能にするようになっている。これらの溶接設定は電源内の制御回路部２２に通信される。
【００１５】
以下でより詳細に説明される制御回路部は、所望の溶接動作を実行するように、溶接ワイヤに印加される溶接電力出力の発生を制御するように動作する。例えば、今意図している或る特定の実施形態において、制御回路部はＭＩＧ溶接方式を調節する一方、溶接の開始に先立って溶接ワイヤ電極を予熱するための電力を供給するようにも構成されている場合がある。以下でより完全に説明するように、こうした加熱は溶接ケーブルおよび溶接トーチを通じて電極に印加される電流および電圧の動作パラメーターを変更することによって制御することができる。
【００１６】
したがって、制御回路部は電力変換回路部２４に結合される。この電力変換回路部は、最終的にトーチにおいて溶接ワイヤに印加されるパルス波形および非パルス波形等の出力電力を生成するように構成される。チョッパー、ブースター回路部、バック回路部（buck circuitry）、インバーター、コンバーター等を含む様々な電力変換回路を使用することができる。そのような回路部の構成は、それ自体が当該技術分野において一般に知られているタイプのものとすることができる。電力変換回路部２４は、矢印２６によって示されるように電力源に結合される。電力変換回路部２４に印加される電力は送電網に由来することができるが、エンジン駆動発電機、電池、燃料電池、または他の代替ソースによって発生した電力等の他の電力源を用いることもできる。最後に、図１に示す電源は、制御回路部２２がワイヤ送給装置１２と信号を交換できるインターフェース回路部２８を備える。
【００１７】
ワイヤ送給装置１２は、インターフェース回路部２８に結合された相補的なインターフェース回路部３０を備える。いくつかの実施形態において、多ピンインターフェースを双方のコンポーネント上に設けることができ、多重導体ケーブルがインターフェース回路部間にわたされ、ワイヤ送給速度、プロセス、選択された電流、電圧または電力レベル等のような情報が電源１０、ワイヤ送給装置１２またはその双方において設定されることを可能にする。
【００１８】
ワイヤ送給装置１２はインターフェース回路部３０に結合された制御回路部３２も備える。以下でより完全に説明するように、制御回路部３２はワイヤ送給速度が作業者の選択に従って制御されることを可能にし、これらの設定がインターフェース回路部を介して電源にフィードバックされることを可能にする。制御回路部３２は、１または複数の溶接パラメーター、特にワイヤ送給速度の選択を可能にするワイヤ送給装置上の作業者インターフェース３４に結合される。また、作業者インターフェースは、プロセス、利用されるワイヤのタイプ、電流、電圧または電力の設定等の溶接部パラメーターの選択も可能にすることができる。また、制御回路部３２は、トーチへのシールドガスの流れを調節するガス制御弁３６にも結合される。概して、そのようなガスは溶接時に供給され、溶接に先立って直前に、および溶接の後の短時間にわたってオンにすることができる。ガス制御弁３６に適用されるガスは、通常、参照符号３８によって表される加圧されたボトルの形態で供給される。
【００１９】
ワイヤ送給装置１２は、制御回路部３６の管理下で、溶接トーチにワイヤを送給し、それによって溶接アプリケーションに送給するコンポーネントを備える。例えば、溶接ワイヤ４０の１または複数のスプールはワイヤ送給装置内に収容される。溶接ワイヤ４２はスプールから巻き戻されてトーチに連続的に供給される。スプールは、ワイヤがトーチに供給されるとき、スプールから離れるクラッチ４４と関連付けることができる。また、クラッチは、最小の摩擦レベルを保持するように調節されて、スプールが自由に回転するのを回避することができる。送給ローラー４８と係合してワイヤをワイヤ送給装置からトーチに向かって押し出す送給モーター４６が準備される。実際には、ローラー４８のうちの１つはモーターに機械的に結合され、モーターによって回転してワイヤ送給装置からワイヤを駆動する一方、係合するローラーはワイヤに向かって偏位されて、２つのローラーとワイヤとの間の良好な接触を保持する。いくつかのシステムは、このタイプの複数のローラーを備えることができる。最後に、実際のワイヤ送給速度のインジケーションを提供するように、モーター４６、ローラー４８または関連付けられる任意の他のコンポーネントの速度を検出するタコメーター５０を設けることができる。タコメーターからの信号は、以下で説明するような較正等のために制御回路部３６にフィードバックされる。
【００２０】
他のシステム構成および入力スキームも実施することができることに留意されたい。例えば、溶接ワイヤは大容量貯蔵容器（例えば、ドラム）から、またはワイヤ送給装置の外側の１つ若しくは複数のスプールから送給することができる。同様に、溶接トーチ上または溶接トーチの近傍の、中にスプールが搭載された「スプールガン」からワイヤを送給することができる。本明細書において言及したように、ワイヤ送給速度設定は、ワイヤ送給装置上の作業者入力３４若しくは電源の作業者インターフェース２０、またはそれらの双方を介して入力することができる。溶接トーチ上にワイヤ送給速度調節を有するシステムにおいては、これを設定に用いる入力とすることができる。
【００２１】
電源１０からの電力がワイヤに印加され、通常は従来の方式で溶接ケーブル１４によってトーチケーブル５２に印加され、作業ケーブル５３に印加される。同様に、シールドガスはワイヤ送給装置およびトーチケーブル５２を通じて供給される。溶接動作の間、ワイヤは溶接ケーブル外被を通ってトーチ１６に向かって繰り出される。特にアルミ合金溶接ワイヤの場合、関連付けられる駆動ローラーとともにトーチ１６内に追加の引き込みモーター５４を設けることができる。モーター５４は、以下でより完全に説明するように、所望のワイヤ送給速度を提供するように調節される。トーチ上のトリガースイッチ５６は、ワイヤ送給装置１２にフィードバックされ、そこから電源１０にフィードバックされて、作業者によって溶接プロセスを開始および停止することを可能にする信号を提供する。すなわち、トリガースイッチを押下すると、ガスフローが開始され、ワイヤが繰り出され、電力がトーチケーブル５２に、およびトーチを経由して進行している溶接ワイヤに印加される。これらのプロセスは、以下でもより詳細に説明される。最後に、動作中に溶接アークを保持するために、作業ケーブル５３および関連付けられたクランプ５８によって、電源１０から溶接トーチ１６、電極（ワイヤ）および加工物１８を通る電気的な回路を閉じることが可能になる。
【００２２】
本検討の全般を通して、ワイヤ送給速度は作業者によって「設定」することができる一方、制御回路部によって指令される実際の速度は、通常、様々な理由で溶接の間に変動することに留意されたい。例えば、「ならし運転期間（run-in）」（アークを開始するためのワイヤの初期の送給）のための自動化されたアルゴリズムは、設定されている速度値から取得した速度値を用いることができる。同様に、ワイヤ送給速度の様々な傾斜の増加および減少を溶接中に指令することができる。他の溶接プロセスは「クレーター生成」相を要する場合があり、この相において、ワイヤ送給速度が変更されて、溶接部に続くくぼみを満たす。さらにまた、パルス溶接方式において、ワイヤ送給速度は定期的にまたは周期的に変更することができる。
【００２３】
図２は、図１に示されているタイプのシステムにおいて機能するように構成された制御回路部２２のための例示の実施形態を示している。ここで参照符号６０によって示す全体的な回路部は、上記で検討した作業者インターフェース２０と、ワイヤ送給装置、溶接トーチおよび様々なセンサーおよび／またはアクチュエーター等のダウンストリームコンポーネントとの間のパラメーター通信のためのインターフェース回路部２８とを備える。この回路部は、溶接方式の実行、溶接方式において実施される波形の計算等を行う１または複数の用途特定または汎用のプロセッサを自身が備えることができる処理回路部６２を備える。処理回路部は、その処理回路部からの信号を電力変換回路部２４の電子電力スイッチに印加される駆動信号に変換する駆動回路部６４と関連付けられる。包括的に、駆動回路は処理回路部からのそのような制御信号に反応して、電力変換回路部が溶接方式のための制御された波形を発生させることを可能にする。また、処理回路部６２は、実施される溶接方式の提供、溶接パラメーターの記憶、溶接設定の記憶、エラーログの記憶等を行う、１または複数のタイプの恒久的なストレージおよび一時的なストレージで構成することができるメモリ回路部６６と関連付けられる。
【００２４】
上記で検討したように、本発明の電極予熱技法は、必要な時にはシステムによって実行される溶接プログラムを用いて予熱方式が実施されるのを可能にする。図２に示す実施形態において、スキームは、処理回路部６２によって実施される別個のプログラムプロトコルによって実施される。すなわち、参照符号６８によって示されるように、溶接方式プロトコルはパルス方式および非パルス方式等の任意の既知の、または将来開発される溶接プログラムを含むことができる。参照符号７０によって示されるように、常に用いることができるかまたは作業者によって選択されたときのみ用いることができる予熱プロトコルが準備される。実際には、予熱プロトコルは実施することができ、終了すると、選択された溶接プロトコルに従って制御を行うことができる。これらのプロトコルに基づいて生成された波形は、図示される処理回路部によって実施される、および／または制御回路部および駆動回路部の一部分を形成する、ソフトウェアのみ、ハードウェアおよび／またはファームウェアからの結果である場合がある。一般に、予熱プロトコルおよび溶接プロトコルはセンサーおよび入力からのフィードバックを利用することができる。これらの入力は溶接設定、プリプログラムロジック、および溶接プロセス中に受信されるセンサー７２からの入力を含むことができる。通常、感知されるパラメーターは、例えば、溶接トーチと溶接トーチを通じて溶接電極とに印加される電流および電圧を含む。
【００２５】
図３は、予熱および溶接技法を実施するための例示のロジックを示している。通常のプロセスにおいて、参照符号７４によって包括的に示すように、溶接作業者は或る特定の選択を行って溶接セットアップを規定する。こうした選択は溶接プロセス、電圧、電流、ワイヤ送給速度等を含むことができる。選択は電源、ワイヤ送給装置、またはその双方において行うことができる。ステップ７６において、所望の場合、作業者は本開示において説明されている予熱手順を実行することを選択することができる。今、作業者が予熱を選択するかまたは予熱を選択解除することができることを意図しているが、或る特定のシステムにおいて、予熱手順は自動的に実行することができる。さらに、手動の溶接システムが説明されているが、同一の予熱プロセスを自動化（例えば、ロボティック）システムにおいて実行することができる。
【００２６】
ステップ７８において、所望の溶接を実行するように準備された加工物、ケーブル、および他のシステムコンポーネントを用いて、作業者はワイヤ電極を加工物上へと接触させるか、または非接触スタートへと進行することができる。非接触スタートにおいて、電極は加工物から離間される。次に、ステップ８０において、作業者はトーチ上のトリガーを引いて、従来の方式での溶接を開始することができる。しかし、溶接を開始するために通常行われるようにアークを開始するのではなく、ここでは予熱シーケンスが実行されることになり、ステップ８２において示されるように予熱が実行される。以下で説明するように、予熱のためにいくつかのシナリオを考察することができるが、一般的には、溶接電極の温度を特定の点まで上昇させるのに十分な期間、電圧および電流が制御される。ステップ８４において示されるように、システムが予熱の最終点（以下を参照）に到達したかどうかを判断しながら、ロジックはこの予熱段階の間、循環することができる。到達していない場合、最終点に到達するまで予熱プロトコルに従う。その後、ステップ８６において示されるように、アークを開始することができ、予熱された電極を用いてスタートして選択された溶接方式プロトコルに従う。
【００２７】
溶接のスタートが接触状況からかまたは非接触状況からかに応じて、わずかに異なるロジックを使用することができる。例えば、接触スタートを実行するとき、予熱に先立って、システムは接触を検出するためのわずかな遅延を実施することができる。或る特定の実施形態において、溶接アークの開始に先立って、電極がアーク状態下になかった時間量を求めることができ、求められた時間量に基づいて、予熱時間、電流または電圧のうちの少なくとも１つを求めることができ、予熱サイクルの終了は、例えば、求められた予熱時間、電流または電圧に基づいて設定されるタイマー（例えば、所定の時間量）に基づいて終了させることができる。さらに、いくつかの事例において、予熱プロトコルを実施するロジックは、予熱の直後に続く溶接方式をいくぶん変更することができる。すなわち、電極は予熱されるので、後続の溶接プロセスにおいてより低い初期電流を使用することができる。今意図している実施形態において、予熱期間は、用いるワイヤ、印加される電流および電圧等の要因に応じて変動することができる。通常の予熱期間は、例えば、１０ｍｓと２０ｍｓとの間で変動することができる。実際、ワイヤタイプおよびワイヤサイズに基づいて設定された電圧を用いてベースラインを約１００Ａにおいて確立すること等によって、様々なワイヤサイズに対してベースライン電圧およびベースラインアンペア数を設定することができる。ワイヤタイプおよびワイヤサイズ、並びに溶接中に用いられるワイヤ送給速度、およびならし運転段階で用いられる任意の様々なワイヤ送給速度は、通常、上記で検討した溶接セットアップ中に作業者によって選択される。
【００２８】
一般的に、予熱することは、電極と加工物との間の実質的な短絡状態の間に電極にエネルギーを加えることと考えることができる。当業者であれば理解されるように、通常、加熱されるにつれて電極の抵抗値は増大し、この抵抗値の増大が予熱プロトコルおよび予熱の終了点のための基底を形成する。電圧および電流をモニタリングし、次に、これらのパラメーターを制御することによって、プロセスを特定のタイミングに依存することから解放することができる。或る特定の意図する実施形態において、予熱プロトコルは固定電流（選択されたワイヤに基づく等）を印加すること、および電圧を初期レベルから電圧閾値に到達する終了レベルまで増加させることに基づく。ワイヤの抵抗値（上昇する温度をインジケートする）は、オームの法則に従って電流を安定値に保持するように増加する電圧によってインジケートされるので、プロトコルは、単に印加される電圧をモニタリングすることによって、電極抵抗（したがって、ワイヤの温度）を所望の、かつ一貫したレベルに上昇させることを可能にする。例として、約２００Ａの定電流の場合の閾値として８Ｖの電圧レベルを用いることができる。電圧閾値に達すると、システムはアークスタート段階に切り替わるが、アークは、コールド電極、または異なる、未知の温度の電極の場合の電流値より低いかまたはその場合より予測可能な電流値において開始することができる。
【００２９】
図４はプロセスのこの態様による波形をグラフに示している。グラフ表現８８は、ここでは垂直軸９０に沿って電圧を、垂直軸９２に沿って電流を、水平軸９４に沿って時間を有するように表示されている。電圧波形９８とともに、電流波形９６を見てとることができる。上記で言及したように、包括的に参照符号１００によって示されるプロセスの開始点において、電流および電圧が電源によってトーチへ、次に溶接電極へと印加される。この例において、電流は、参照符号１０２によって示されるように、概ね一定のレベルに増加され、この事例では約１００Ａである。同じ開始点において、電圧は１．４Ｖの初期電圧に増加され、徐々に２．５Ｖのレベルまで増加される。この例において、電流および電圧は直流であり、かつ連続している。約２．５Ｖの終了点は、電極が溶接を始めるのに十分な状態に加熱されたと判断された点に対応する。その点において、電流は参照符号１０４において示されているように低減され、同様に電圧も参照符号１０８において示されているように低減される。その後、図４には示していないが、溶接プロセスはアークの開始から始めることができる。
【００３０】
図５は、全体的に参照符号１１０によって示されるような代替の制御スキームを示している。ここでもまた、電圧が垂直軸９０に沿って示され、電流が垂直軸９２に沿って示され、時間が水平軸９４に沿って示されている。この事例において、プロセスを開始するのに電圧および電流の双方が印加されており、この事例では約２００Ａの電流が印加されている。参照符号１１２および１１４によって包括的に示されているように、電圧は初期レベルで印加され、ワイヤが最高温度に達するまで増加し、平坦化するかまたは低下する。この低下は、追加のエネルギーを印加しても、ワイヤが更なる抵抗値の変化を受けないことを示している。したがって、印加される電圧をモニタリングすることによって、プロセスを終了させるためのトリガーが求められ、続いて選択された溶接プロトコルを適用することができる。
【００３１】
いっそう更なる変形形態は、例えば、予熱のための時間を低減するようなランプアップ（ramping up）電流を含むことができる。更なる代替形態において、電圧閾値を用いるかわりに電圧の傾斜率の変化によって、ワイヤが最大電流密度にあることをインジケートすることができる（may indicate）。またさらに、プロトコルは定電圧を使用し、電流の閾値への低下、または電流の傾斜率の変化を監視することができる。当業者であれば理解するように、またはオームの法則によって示される関係から理解されるように、これらの種々の決定は、通常、加熱に起因する溶接電極の抵抗値の増加に対応しており、加熱は所望の電圧、電流、電力または他の任意の所望の閾値において終了させることができる。このことを考慮することによって、電力および／または抵抗を測定し、そのような解析に基づいて予熱プロセスを終了させることも可能である。電力および／または抵抗は、例えば、印加されるまたは検出される電圧および電流に基づいて求めることができる。本開示において、電圧および電流（または、電力、抵抗、等）の制御および／またはモニタリングについて言及された場合があるが、これは、電流および電圧のうちの一方または双方を制御し、他方をモニタリングすることができることを意味すると理解されるべきであることに留意されたい。実際、パラメーターのうちの１つ（例えば、電圧）を「制御すること」は、制御のプロセスがアクティブ制御を通じてであろうと、フィードバックによってであろうと、またはそれらの双方によってであろうと、値を知ることを含む限り、モニタリングすることを含むとみなされる。
【００３２】
本明細書において、本発明の或る特定の特徴だけが図示および説明されてきたが、当業者には多くの変更および変形が思い浮かぶであろう。それゆえ、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に入る全ての変更および変形を包含することを意図していることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３３】
１０    電源
１２    ワイヤ送給装置
１４    溶接ケーブル
１６    溶接トーチ
１８    加工物
２０    作業者インターフェース
２２    制御回路部
２４    電力変換回路部
２８    インターフェース回路部
３０    インターフェース回路部
３２    制御回路部
３４    作業者インターフェース
３６    ガス制御弁
４０    溶接ワイヤ
４２    溶接ワイヤ
４４    クラッチ
４６    送給モーター
４８    送給ローラー
５０    タコメーター
５２    トーチケーブル
５３    作業ケーブル
５４    モーター
５６    トリガースイッチ
５８    クランプ
６２    処理回路部
６４    駆動回路部
６６    メモリ回路部
７２    センサー
【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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【国際調査報告】
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