(57)【要約】  溶接システム（１０）を操作する方法は、複数のパルス周期を通して溶接電流および溶接電圧を電極（１８）に供給することを含み、複数のパルス周期の各パルス周期は、バックグラウンド相およびピーク相を含む。本方法はまた、いつ溶接電圧の電圧値が検出電圧を超えるかに少なくとも基づいて、複数のパルス周期の第１のパルス周期のバックグラウンド相の間の異常陰極事象の発生を検出することも含む。本方法はまた、異常陰極事象の一部の間に溶接電流を望ましい電流に制御することも含む。上記一部は、第１のパルス周期のバックグラウンド相の間隔を含み、溶接電流は、異常陰極事象の上記一部の間の溶接電圧とは無関係に制御される。
2016521641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各パルス周期がピーク相とバックグラウンド相とを含む複数のパルス周期において、溶接電流と溶接電圧とから成る溶接電力をトーチに供給する電源と、
前記電源に結合された制御回路であって、前記バックグラウンド相において前記溶接電圧の電圧値が検出電圧を超える場合に、前記溶接電流をバックグラウンド電流になるように制御する制御回路とを具備する溶接システム。
【請求項２】
前記制御回路に結合されたセンサーを具備し、前記電圧値は、該センサーからのフィードバックに少なくとも部分的に基づく請求項１に記載の溶接システム。
【請求項３】
前記電源は、前記バックグラウンド相の間に複数の制御モードで動作するように構成され、該複数の制御モードは、
前記溶接電圧をバックグラウンド電圧に制御し、かつ前記溶接電流を前記溶接電圧に少なくとも部分的に基づいて制御する定電圧モードと、
前記溶接電圧とは無関係に前記溶接電流を制御する電流制御モードであって、前記制御回路は、前記バックグラウンド相において前記電圧値が前記検出電圧を超える場合に、前記電源の動作を該電流制御モードに変更するように構成され、前記制御回路は、前記ピーク相において前記電源の動作を前記定電圧モードに変更するように構成されている、電流制御モードとを含む請求項１に記載の溶接システム。
【請求項４】
前記制御回路は、前記電源の動作を前記電流制御モードに変更する場合、前記電源のメモリから格納されたデータを消去するように構成されており、前記格納されたデータは、前記定電圧モードでの動作中の前記溶接電圧の制御に対応する請求項３に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記制御回路は、前記電圧値が前記バックグラウンド相における最終電圧未満である場合に、前記電源の動作を前記定電圧モードに変更するように構成されている請求項３に記載の溶接システム。
【請求項６】
各パルス周期の前記バックグラウンド相のバックグラウンド持続時間は、前記複数のパルス周期の各パルス周期に対して概ね均一であり、各パルス周期の前記ピーク相のピーク持続時間は、前記複数のパルス周期の各パルス周期に対して概ね均一である請求項１に記載の溶接システム。
【請求項７】
溶接システムを操作する方法であって、
各パルス周期がバックグラウンド相とピーク相とを含む複数のパルス周期を通して溶接電流および溶接電圧を電極に供給し、
前記複数のパルス周期の第１のパルス周期の前記バックグラウンド相の間、前記溶接電圧の電圧値が検出電圧を超えたときに少なくとも部分的に基づいて異常陰極事象の発生を検出し、
前記異常陰極事象の一部の間に前記溶接電流を望ましい電流になるように制御することを含み、
異常陰極事象の前記一部は、前記第１のパルス周期の前記バックグラウンド相の間隔を含み、前記溶接電流は、前記異常陰極事象の前記一部の間の前記溶接電圧とは無関係に制御されるようにした溶接システムの操作方法。
【請求項８】
前記異常陰極事象発生の検出は、前記溶接電圧の前記電圧値を前記溶接システムのメモリに格納された前記検出電圧と比較することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記溶接電流の電流値および前記溶接電圧の前記電圧値を検知することと、
前記検知された電流値、前記検知された電圧値またはそれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づいて、前記検出電圧を求めることと、
を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のパルス周期の各パルス周期の間に、定電圧調整方法に少なくとも部分的に基づいて、前記溶接電流を制御することと、
前記第１のパルス周期の前記バックグラウンド相における前記異常陰極事象の検出時に、前記定電圧調整方法を一時停止することと、
前記溶接電圧の前記電圧値が、前記第１のパルス周期の前記バックグラウンド相の間の最終電圧未満である場合、前記第１パルス周期の前記バックグラウンド相に続くピーク相が開始した場合、またはそれらの任意の組合せの場合に、前記定電圧調整方法を再開することと、
を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のパルス周期の前記バックグラウンド相における前記異常陰極事象の検出時に、メモリに格納されているデータを消去することを含み、前記消去されたデータは、前記異常陰極事象の前の前記定電圧調整方法に基づいて前記溶接電流の制御中に前記溶接システムによって取得されるフィードバックに対応する請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記検出電圧は、前記電極の突出し長さ、アーク長またはそれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づく模擬電圧を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも電源の制御回路、該電源の電力変換回路、該電源に結合された１または複数のセンサーの何れか１つに結合された状態観測器からのフィードバックに少なくとも部分的に基づいて、前記検出電圧をリアルタイムに測定することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記望ましい電流はバックグラウンド電流を含み、前記第１のパルス周期の前記バックグラウンド相において、前記異常陰極事象以前に供給される前記溶接電流の電流値は、前記バックグラウンド電流を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶接電流は、前記電極の材料に少なくとも部分的に基づいて、前記望ましい電流になるようにランプ速度で制御される請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
第１のパルス周期の第１のピーク相において、該第１のピーク相の間の溶接電圧に少なくとも部分的に基づいて溶接電流を間接的に制御して、ピーク電流値の溶接電流およびピーク電圧値の溶接電圧を溶接ワイヤに供給し、
前記第１のパルス周期のバックグラウンド相の第１の部分では、バックグラウンド電流値の溶接電流およびバックグラウンド電圧値の溶接電圧を前記溶接ワイヤに供給し、
前記第１のパルス周期の前記バックグラウンド相において異常陰極事象を含む第２の部分では、溶接電圧とは無関係に溶接電流を前記バックグラウンド電流値になるように制御することを含む方法。
【請求項１７】
前記溶接電圧は、前記異常陰極事象の間に前記バックグラウンド電圧値から検出電圧まで増大する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出電圧は、前記溶接ワイヤ、シールドガス、模擬電圧若しくは前記バックグラウンド電圧値またはそれらの任意の組合せの特性に少なくとも部分的に基づく請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のパルス周期の前記バックグラウンド相の第３の部分の間の前記溶接電圧に少なくとも部分的に基づいて前記溶接電流を制御することを含み、前記第３の部分は前記異常陰極事象に続き、前記溶接電圧は、前記バックグラウンド相の前記第３の部分の間の最終電圧未満である請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記溶接電圧を、前記第１のパルス周期の前記バックグラウンド周期に続く第２のパルス周期の第２のピーク相における前記ピーク電圧値になるように制御することを含み、前記溶接電流は、前記第２のピーク相の間の前記溶接電圧に少なくとも部分的に基づいて、前記ピーク電流値に間接的に制御される請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１３年６月１３日出願の「ANOMALOUS CATHODE EVENT CONTROL」と題する米国仮特許出願第61/834,738号からの優先権および利益を主張するものであり、あらゆる目的から、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【０００２】
本発明は、包括的には溶接システムに関し、特に、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）用の溶接システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
アーク溶接システムは、一般に、電極と加工物との間にアークを通し、それにより電極および加工物を加熱して溶接部を生成するように、電極に電流を印加する電源を含む。多くのシステムでは、電極は、溶接トーチを通して送られるワイヤから構成されている。溶接プロセス中、溶融ワイヤの一部が、アークを介して加工物の上に溶着する。不都合なことに、アークの不安定性が、溶接部への電極の適用に影響を与える。
【発明の概要】
【０００４】
最初に特許請求された発明と範囲が等しい幾つかの態様を以下に説明する。これらの態様は、単に、本発明が取り得る幾つかの形態の簡単な概要を読み手に提供するために提示されること、およびこれらの態様は、本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解すべきである。実際、本発明は、以下で説明されない場合がある様々な態様を包含することができる。
【０００５】
一実施形態では、溶接システムは、電源と電源に結合された制御回路とを含む。電源は、複数のパルス周期でトーチに溶接電力を供給するように構成されており、各パルス周期はピーク相およびバックグラウンド相を含む。溶接電力は、溶接電流および溶接電圧を含む。制御回路は、バックグラウンド相において溶接電圧の電圧値が検出電圧より大きい場合に、溶接電流をバックグラウンド電流となるように制御するように構成されている。
【０００６】
別の実施形態では、溶接システムを操作する方法は、複数のパルス周期を通して溶接電流および溶接電圧を電極に供給することを含み、複数のパルス周期の各パルス周期は、バックグラウンド相およびピーク相を含む。本方法はまた、複数のパルス周期の第１のパルス周期のバックグラウンド相の間に、いつ溶接電圧の電圧値が検出電圧を超えるかに少なくとも部分的に基づいて異常陰極事象の発生を検出することも含む。本方法はまた、異常陰極事象の一部の間に溶接電流を望ましい電流になるように制御することも含む。上記一部は、第１のパルス周期のバックグラウンド相の間隔を含み、溶接電流は、異常陰極事象の上記一部の間の溶接電圧とは無関係に制御される。
【０００７】
別の実施形態では、溶接システムを操作する方法は、第１のパルス周期の第１のピーク相においてピーク電流値の溶接電流およびピーク電圧値の溶接電圧を溶接ワイヤに供給することを含む。溶接電流は、第１のピーク相の間の溶接電圧に少なくとも部分的に基づいて間接的に制御される。本方法はまた、第１のパルス周期のバックグラウンド相の第１の部分においてバックグラウンド電流値の溶接電流およびバックグラウンド電圧値の溶接電圧を溶接ワイヤに供給することも含む。本方法はまた、第１のパルス周期のバックグラウンド相の第２の部分の間の溶接電圧とは無関係に、溶接電流をバックグラウンド電流値になるように制御することも含み、バックグラウンド相の第２部分は異常陰極事象を含む。
【０００８】
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、同様の符号が図全体を通して同様の部品を表す添付の図面を参照しながら以下の詳細な記載を読めば、よりよく理解されることであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電源およびワイヤー送給装置を備えたＭＩＧ溶接システムの実施形態の図である。
【図２】異常陰極事象の間のパルス電圧波形およびパルス電流波形を示すグラフである。
【図３】異常陰極事象の間の電流波形が制御されたパルス電圧波形およびパルス電流波形を示すグラフである。
【図４】異常陰極事象の間に電流を制御するステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１または複数の特定の実施形態を以下で説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実施態様の全ての特徴が明細書において記載されていない場合がある。任意の工学または設計計画におけるような任意のそのような実際の実施態様の開発において、開発者の特定の目標を達成するには、実施態様ごとに変動する場合があるシステム関連制約および事業関連制約の遵守等の多数の実施態様に固有の決定を行わなくてはならないことを理解すべきである。さらに、そのような開発努力は複雑でありかつ時間がかかる場合があるが、それにもかかわらず、この開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作および製造のルーチンワークであることを理解すべきである。
【００１１】
ここで図面に目を向け、先ず図１を参照すると、例示的な溶接システム１０が、ワイヤー送給装置１４に結合された電源１２を含むものとして示されている。図示する実施形態では、電源１２はワイヤー送給装置１４とは別個であり、そのため、ワイヤー送給装置１４は、溶接位置の近くの電源１２から幾分かの距離に配置することができる。しかしながら、幾つかの実施態様では、ワイヤー送給装置１４は電源１２と一体型とすることができることを理解すべきである。電源１２は、ワイヤー送給装置１４を介してトーチ１６に溶接電力を供給することができ、または、電源１２は、トーチ１６に溶接電力を直接供給することができる。ワイヤー送給装置１４は、トーチ１６にワイヤ電極１８（例えば、ソリッドワイヤ、コアードワイヤ、コーテッドワイヤ）を供給する。電源１２と一体に設ける或いは別個に設けることができるガス供給装置２０は、トーチ１６にガス（例えば、ＣＯ2、アルゴン）を供給する。オペレーターは、電極１８と加工物２６との間にアーク２４を点火するようにトーチ１６の引金２２を引くことができる。幾つかの実施形態では、溶接システム１０は、限定されないがプログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）またはロボットコントローラーを含む自動化インターフェースによって作動させることができる。溶接システム１０は、溶接ワイヤ（例えば、電極１８）、溶接電力およびシールドガスを溶接トーチ１６に提供するように設計されている。当業者には理解されるように、溶接トーチ１６は、多くの異なるタイプとすることができ、電極１８およびガスの様々な組合せの使用を容易にすることができる。
【００１２】
溶接システム１０は、電源１２に設けられたオペレーターインターフェース２８を介してオペレーターからデータ設定を受け取ることができる。オペレーターインターフェース２８は、電源１２の面板に組み込むことができ、溶接プロセス（例えば、スティック、ＴＩＧ、ＭＩＧ）、使用するワイヤのタイプ、電圧および電流設定、移行形態（例えば、短絡、パルス、スプレー、パルス）等の設定の選択を可能にすることができる。特に、溶接システム１０は、鋼またはアルミニウム等の様々な材料の電極１８（例えば、溶接ワイヤ）がトーチ１６内に通されるＭＩＧ溶接（例えば、パルスＭＩＧ、スプレー、短絡、調整金属堆積（Regulated Metal Deposition）（すなわち、ＲＭＤ（商標））を可能にする。溶接設定は、電源１２内の制御回路３０に通信される。さらに、または代替的に、制御回路３０は、ワイヤー送給装置１４、トーチ１６、ガス供給装置２０、または溶接システム１０の別の構成要素内にある。
【００１３】
後により詳細に記載する制御回路３０は、所望の溶接作業を実行する電力変換回路３２によって電極１８に印加される溶接電力出力の生成を制御するように動作する。幾つかの実施形態では、制御回路３０は、溶接ワイヤから進行中の溶接部の溶融溶接池への溶融金属の短絡移行および／またはスプレー移行の態様を有することができるパルスＭＩＧ溶接法を、調整するように適合することができる。後により十分に記載するように、こうした移行形態は、作業中に、電極１８と加工物２６との間に生じるアーク２４に対して電流パルスおよび電圧パルスの動作パラメーターを調整することによって、制御することができる。「パルス溶接」または「パルスＭＩＧ溶接」は、進行中の溶融池内への金属溶滴の溶着を制御するように、パルス電力波形が生成される技法を指す。本発明の特定の実施形態では、アークの溶接電流が、溶接電圧に影響を与える異常陰極事象の間に望ましい電流になるように制御される、パルス溶接法を実施することができる。すなわち、異常陰極事象の間の溶接電圧とは無関係に、溶接電流を制御することができる。
【００１４】
制御回路３０は、トーチ１６において電極１８に印加される溶接電力（例えば、パルス波形）を供給する電力変換回路３２に結合されている。電力変換回路３２は、矢印３４によって示すように、電力源に結合されている。電力変換回路３２に印加される電力は、送配電網において発生することができるが、エンジン駆動発電機、バッテリー、燃料電池または他の代替源によって生成される電力等、他の電力源を使用することもできる。電力変換回路３２の構成要素としては、チョッパー、ブーストコンバーター、バックコンバーター、インバーター等を挙げることができる。
【００１５】
制御回路３０は、トーチ１６に供給される溶接電力の電流および／または電圧を制御する。制御回路３０は、ワイヤー送給装置１４またはトーチ１６内の１または複数のセンサー３６に少なくとも部分的に基づいて、アーク２４の電流および／または電圧を監視することができる。幾つかの実施形態では、制御回路３０のプロセッサ３８は、センサー３６からのフィードバックに少なくとも部分的に基づいて、アーク長または突出し長さを求めおよび／または制御する。アーク長は、本明細書では、電極１８と加工物２６との間のアークの長さとして定義される。プロセッサ３８は、メモリ４０に格納されたデータ（例えば、アルゴリズム、命令、動作点）を利用して、アーク長または突出し長さを求めおよび／または制御する。メモリ４０に格納されたデータは、オペレーターインターフェース２８若しくはネットワーク接続を介して受け取ることができるか、または制御回路３０を組み立てる前に予めロードすることができる。電源１２の動作は、制御回路３０が、溶接作業中に溶接電流を変更する一方で溶接電圧を実質的に一定であるように制御する、定電圧（ＣＶ）調整モード等、１または複数のモードで制御することができる。すなわち、溶接電流は、溶接電圧に少なくとも部分的に基づくことができる。さらに、または代替的に、電源１２は、溶接電流が溶接電圧とは無関係に制御される電流制御モードで制御することができる。幾つかの実施形態では、電源１２は、制御回路３０が、溶接作業中に溶接電圧を変更する一方で溶接電流を実質的に一定であるように制御する、定電流（ＣＣ）モードで動作するように制御される。
【００１６】
図２は、パルス溶接プロセスの溶接電圧５０および溶接電流５２の波形の実施形態である。パルス周期Ａ、ＢおよびＣにわたる溶接電圧５０波形および溶接電流５２波形が示されている。各パルス周期のピーク相５４の間、制御回路は、電極に供給される溶接電圧５０を増大させ、溶融ボールを形成しおよび／または電極の先端から分離して加工物または溶融池に溶着させる。溶接電圧５０は、バックグラウンド電圧レベル６０から概ねピーク電圧６２まで増大し、それにより、溶接電流５２をバックグラウンド電流レベル５６から概ねピーク電流５８まで増大させる。溶接電圧５０および溶接電流５２は、ピークレベルからバックグラウンド相６４まで低減することができる。言い換えれば、溶接電流５２は、溶接電圧５０に少なくとも部分的に基づいて、ピーク相５４の間に間接的に制御される。幾つかの実施形態では、バックグラウンド相６４の間、溶融ボールは、溶接電圧５０を低減させる短絡事象６６において、電極を溶融池に短い時間連結することができる。幾つかの実施形態では、溶融ボールは、短絡事象６６なしに電極から溶融池に溶着する。バックグラウンド相６４では、制御回路は、概して溶融電圧５０をバックグラウンド電圧６０で維持することができ、溶接電流５２は、電極と加工物との間にアークを維持するように概ねバックグラウンド電流５６であり続けることができる。溶接電流５２および溶接電圧５０を介する溶接電力は、バックグラウンド相６４の間、電極の先端に別の溶融ボールを形成し始めることができる。したがって、各パルス周期は、概して、溶接電圧５０が増大するピーク相５４と、溶接電流５２が実質的に定電流値であることが望まれるバックグラウンド相６４とによって記述することができる。
【００１７】
本明細書において考察するとき、パルス周期という用語は、パルスＭＩＧ溶接法のみに対する溶接電圧５０および溶接電流５２の波形のサイクル（例えば、ピーク相５４、バックグラウンド相６４）に限定されるようには意図されていない。理解することができるように、様々なＭＩＧ溶接プロセス（例えば、パルスＭＩＧ、短絡、スプレーおよびＲＭＤ）の溶接電圧５０および溶接電流５２は周期的である。すなわち、ＭＩＧプロセスの各サイクルは、溶接電圧５０が上昇した１または複数のピーク相５４と溶接電流５２が所望であるように実質的に一定である１または複数のバックグラウンド相６４とを含む。例えば、ピーク相５４は、ＲＭＤプロセスのピンチ（pinch）段階、クリア（clear）段階および／またはボール（ball）段階を含むことができ、バックグラウンド相６４は、ＲＭＤプロセスのブリンク（blink）段階、バックグラウンド（background）段階、短絡前（pre-short）段階および／または湿潤（wet）段階を含むことができる。本明細書で利用するとき、パルス周期という用語は、限定されないが、パルスＭＩＧ溶接法、短絡プロセス、スプレープロセス若しくはＲＭＤプロセスまたはそれらの任意の組合せのサイクル（例えば、ピーク相５４およびバックグラウンド相６４の１または複数のシーケンス）を含むことができる。
【００１８】
理解することができるように、制御回路３０のプロセッサ３８は、オペレーターインターフェースを介して入力される所望の溶接パラメーター、すなわち電極、電極の送給速度、ガス、加工物またはそれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づいて、種々の範囲内で溶接電圧５０および溶接電流５２の値を制御することができる。例えば、バックグラウンド電流レベル５６は、約２５Ａから２５０Ａの間とすることができる。ピーク電流５８は、約３００Ａから７００Ａの間とすることができる。幾つかの実施形態では、バックグラウンド電圧レベル６０は、約１５Ｖから２５Ｖの間とすることができ、ピーク電圧６２は約２５Ｖから４０Ｖの間とすることができる。
【００１９】
パルスプロセスの溶接電圧５０および溶接電流５２の波形は、概してパルス周期Ａに類似することができる。しかしながら、幾つかのパルス周期のバックグラウンド相６４において、異常陰極事象６８が開始し、様々な時間、持続する可能性がある。幾つかの異常陰極事象６８は、バックグラウンド相６４の一部の間のみに持続する可能性があり、他の異常陰極事象６８は、バックグラウンド相６４を通してピーク相５４の一部まで持続する可能性がある。異常陰極事象６８は、パルス周期ＢおよびＣに示すように、溶接電圧５０および溶接電流５２に影響を与える可能性がある。パルス周期ＢおよびＣの異常陰極事象６８は、後述するような制御回路による制御アルゴリズムが適用されない溶接電圧５０および溶接電流５２の波形を示す。ピーク相５４の後、溶接電圧５０は異常陰極事象６８において上昇する可能性がある。緩和されない異常陰極事象６８は、電極と加工物との間のアークに、アークを制限するかまたは狭めることによって影響を与える。すなわち、パルス周期Ｂの異常陰極事象６８の間のアークは、パルス周期Ａのバックグラウンド相６４の間の相対的に幅が広いおよび／またはベル状アークと比較して相対的に幅が狭い可能性がある。後述する制御アルゴリズムがない場合、溶接電圧５０に基づいて制御される溶接電流５２は、制御回路が溶接電圧５０を所望のバックグラウンド電圧６０で維持しようとしている間に、低電流レベル７０まで低減する可能性がある。溶接プロセスに対する緩和されない異常陰極事象６８の影響としては、限定されないが、スパッターの発生の増大、一貫しないボール移行、不規則な溶接部外観、アーク安定性の低下、若しくは後続する異常陰極事象６８の可能性の増大、またはそれらの任意の組合せを挙げることができる。
【００２０】
制御回路３０のプロセッサ３８は、異常陰極事象の発生を確定し、制御アルゴリズムによって溶接電流５２を制御して溶接プロセスに対する影響を低減させることができる。図３は、溶接プロセスのパルス周期Ｄ、ＥおよびＦにわたるパルスプロセスの溶接電圧５０および溶接電流５２の波形の一実施形態を示す。パルス周期Ｅ、ＦおよびＧは、パルス持続時間が実質的に均一であろう。制御回路は、溶接電圧５０を監視して、異常陰極事象８０の開始（例えば、溶接電圧５０の上昇）を検出する。幾つかの実施形態では、制御回路は、異常陰極事象８０の開始について溶接電圧５０をバックグラウンド相６４の間のみ監視し、および／またはピーク相５４の間では監視しない。制御回路３０のプロセッサ３８は、溶接電圧５０を、異常陰極事象８０の発生時およびその間に超過する可能性がある検出電圧（例えば、Ｖdetect）と比較することができる。溶接電圧５０が、（例えば、異常陰極事象８０の間）検出電圧を概ね超える場合、制御回路３０のプロセッサ３８は、溶接電圧５０に基づいて溶接電流５２を制御するのではなく、メモリ４０に格納された制御アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて溶接電流５２を制御することができる。例えば、制御アルゴリズムは、溶接電圧５０のバックグラウンド電圧６０からのずれにも関らず異常陰極事象８０の間に溶接電流５２を概ねバックグラウンド電流５６または他の望ましい電流値になるように制御するように、制御回路に対して指示することができる。異常陰極事象８０の持続時間としては、限定されないが、バックグラウンド相６４の概ね１０％、２５％、５０％若しくは７５％未満またはそれより長いバックグラウンド相６４の間隔（例えば、部分）を挙げることができる。制御アルゴリズムは、パルス周期ＥおよびＦにおける異常陰極事象８０の間に、溶接電流５２を、バックグラウンド相６４の間にパルス周期Ｄの間と概ね同じ値になるように制御するように、制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示し、それにより、異常陰極事象８０の間に溶接電圧５０の上昇によって実質的に影響を受けないように溶接電流５２を制御することができる。メモリ４０に格納された制御アルゴリズムは、異常陰極事象８０の少なくとも一部の間に溶接電圧５０とは無関係であるように溶接電流５２を制御するように、制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示することができる。幾つかの実施形態では、制御アルゴリズムは、溶接電圧５０がバックグラウンド電圧６０の近くにない異常陰極事象８０の間に、溶接電流５２をバックグラウンド電流５６で実質的に維持するように、制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示する。
【００２１】
異常陰極事象８０は、溶接電圧５０が概ね最終電圧（例えば、Ｖend）未満に低下したときに終了する可能性がある。異常陰極事象８０がバックグラウンド相６４の間に終了する場合、制御アルゴリズムは、バックグラウンド相６４の残りの部分に対する電極の動作点に基づいて、溶接電流５２をバックグラウンド電流５６または別の所定の動的電流値で維持するように、制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示することができる。幾つかの実施形態では、制御アルゴリズムは、異常陰極事象８０の前に適所で電圧調整方法（例えば、定電圧）を再開するように、制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示することができる。異常陰極事象８０が別の相（例えば、ピーク相５４）の間に終了する場合、制御アルゴリズムは、溶接電流５２を適切な電流レベルに調整するように制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示することができる。例えば、異常陰極事象８０がピーク相５４において終了する場合、制御アルゴリズムは、溶接電流５２をバックグラウンド電流５６とピーク電流レベル５８との間の適切な電流レベルになるように制御するように、制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示し、それにより、溶接電流波形５２は、パルス周期の間に電流波形の均一性を実質的に維持することができる。例えば、バックグラウンド相６４は、各パルス周期に対して同じバックグラウンド時間（例えば、約１ミリ秒から２０ミリ秒、２ミリ秒から１５ミリ秒、または３ミリ秒から１０ミリ秒）を有することができ、ピーク相５４は、同じピーク時間（例えば、約０．５ミリ秒から５ミリ秒、０．７５ミリ秒から４ミリ秒、または１ミリ秒から３ミリ秒）を有することができる。制御アルゴリズムは、制御回路３０のプロセッサ３８が、通常の調整モード（例えば、定電圧調整）外にある異常陰極事象８０の間に溶接電流５２を制御するのを可能にし、それにより、スパッターの発生を低減させ、溶融池へのボール移行の一貫性を向上させ、溶接部の外観を改善し、アーク安定性を向上させ、若しくは後続する異常陰極事象８０の可能性を低減させ、またはそれらの任意の組合せをもたらす。
【００２２】
検出電圧（Ｖdetect）および最終電圧（Ｖend）は、電極特性、溶接作業中に利用されるガス、電極の動作点および／またはシールドガスの動作点に少なくとも部分的に基づくことができる。電極の動作点およびシールドガスの動作点は、実験的に求めて制御回路３０のメモリ４０に格納することができる。例えば、動作点は、制御アルゴリズムと共にメモリ４０に格納することができる。幾つかの実施形態では、ＶdetectおよびＶendは、バックグラウンド電圧６０より大きく、ピーク電圧６２より小さい可能性がある。例えば、Ｖdetectは、約２５Ｖから３５Ｖまでの間とすることができ、Ｖendは、約１５Ｖから２５Ｖまでの間とすることができる。Ｖdetectに対する電圧値は、約１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ，４Ｖ、５Ｖ、６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ若しくは１０Ｖ、またはバックグラウンド電圧６０を超えることができる。さらに、または代替的に、Ｖdetectは、バックグラウンド電圧６０より約１％、２％、３％、５％、１０％または２０％大きい可能性がある。幾つかの実施形態では、電極およびガスの様々な組合せに対するＶdetectおよび／またはＶendの値は、溶接プロセスの前にまたはその間に、メモリから制御回路内にロードすることができる。Ｖdetectおよび／またはＶendの値は、電流フィードバック、突出し長さ若しくはアーク長、またはそれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づく模擬電圧とすることができる。非異常陰極パルス周期（例えば、パルス周期Ｄ）の間の溶接電圧５０は、電極における電圧成分（例えば、ＶEE）、アークにおける電圧成分（例えば、Ｖarc、Ｖanode、Ｖcathode）および加工物における電圧成分を有することができる。幾つかの実施形態では、模擬電圧は、１または複数の非異常陰極パルス周期中の溶接電圧５０の別個に計算された電圧成分の合計に少なくとも部分的に基づくことができる。例えば、模擬電圧は、制御回路、電力変換回路およびセンサーのうちの少なくとも１つからリアルタイムフィードバックを受け取る状態観測器（例えば、カルマンフィルター）からのフィードバックに少なくとも部分的に基づくことができる。制御回路３０のプロセッサ３８は、トーチにおけるセンサーからのフィードバックに少なくとも部分的に基づいて突出し長さおよび／またはアーク長を求めることができる。
【００２３】
図４は、溶接システムを動作させ、上述した制御アルゴリズムを開始する方法１００の一実施形態を示す。オペレーターは、オペレーターインターフェースを介しておよび／または構成要素（例えば、ワイヤー送給装置、トーチ、ガス供給装置）を電源に結合することにより、溶接作業に対する溶接パラメーターを設定することができる（ブロック１０２）。溶接パラメーターとしては、限定されないが、電流、電圧、移行形態、パルス持続時間、パルス周波数、加工物材料、電極および供給部、並びにそれらの任意の組合せを挙げることができる。電源がトーチに電力を供給し（ブロック１０４）、オペレーターは、トーチの電極と加工物との間にアークを点火するように引金を引くことができる（ブロック１０６）。バックグラウンド相（ブロック１０８）の間、トーチを介して電極に供給される溶接電力は、ボールを形成し（ブロック１１０）、電極と加工物との間にアークを維持する。幾つかの実施形態では、制御回路３０のプロセッサ３８は、バックグラウンド相の間に実質的に一定値であるように溶接電流および溶接電圧を制御することができる。制御回路３０のプロセッサ３８が、バックグラウンド相が終了した（例えば、バックグラウンド相における時間ｔがパルス周期のバックグラウンド間隔を超過した）と判断した（ノード１１２）後、制御回路３０は、ピーク相（ブロック１１４）に遷移することができる。ピーク相（ブロック１１４）の間、溶融ボールが、溶融池に溶着するために電極から分離することができる（ブロック１１６）。制御回路３０は、ピーク相の間に増大するように溶接電流および溶接電圧を制御することができる。バックグラウンド相（ブロック１０８）およびピーク相（ブロック１１４）は、オペレーターが引金を引く（ブロック１０６）かまたは自動化インターフェースが溶接システムに関与している間、溶接プロセスの持続時間にわたって繰り返すことができる。幾つかの実施形態では、制御回路３０のプロセッサ３８は、繰り返されるバックグラウンド相とピーク相との間に追加の相を置いて、溶接電流および溶接電圧を制御することができる。
【００２４】
バックグラウンド相（ブロック１０８）の間、制御回路３０のプロセッサ３８は、溶接電圧を監視する。ノード１１８において、制御回路３０のプロセッサ３８は、溶接電圧を溶接検出値（Ｖdetect）と比較して、異常陰極事象が発生しているか否かを判断する。Ｖdetectは、動的に求めおよび／または制御回路のメモリからロードすることができる。溶接電圧が電圧検出値を超える場合、制御回路３０のプロセッサ３８は、制御アルゴリズム１２０を利用して、溶接プロセスに対する異常陰極事象の影響を緩和する。制御アルゴリズム１２０では、制御回路３０のプロセッサ３８は、アクティブな電圧調整方法を停止する（ブロック１２２）かまたは一時停止する。例えば、制御回路３０のプロセッサ３８は、電圧調整方法（例えば、定電圧方法）を利用して、所望のアーク長または突出し長さを維持するように溶接電圧および／または溶接電流を制御することができる。幾つかの実施形態では、制御回路３０のプロセッサ３８は、メモリ４０から格納されたデータ（例えば、移動平均、センサーフィードバック）を消去すること等によって、アクティブな電圧調整方法をリセットすることができる（ブロック１２４）。アクティブな電圧調整方法をリセットすることにより、電圧調整方法の精度および／または信頼性を向上させることができ、それにより、アークの安定性が向上する。例えば、アクティブな電圧調整方法は、メモリ４０に格納された、事前に測定された電流測定値および／または電圧測定値を利用することができる。異常陰極事象の間のアークの状態（例えば、測定された電流および／または電圧）は、非異常陰極事象（例えば、パルス周期Ｄ）のバックグラウンド相の間とは異なる。したがって、アクティブな電圧調整方法で利用されるメモリ４０に格納された、事前に測定された電流測定値および／または電圧測定値がリセットされ（ブロック１２４）、アクティブな電圧調整方法は、アクティブな電圧調整方法に対して異常陰極事象からの測定された電流測定値および／または電圧測定値を利用することなく、ブロック１３２において再開することができる。
【００２５】
制御アルゴリズム１２０は、溶接電流を所望のバックグラウンド電流、所定の電流値、または動的に求められる電流値に調整する（ブロック１２６）ように制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示する。幾つかの実施形態では、所望のバックグラウンド電流は、先行するパルス周期からの以前のバックグラウンド相の間のバックグラウンド電流と概ね同じであろう。制御回路３０のプロセッサ３８は、電極、ワイヤまたはそれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づいて、溶接電流を所望のバックグラウンド電流までランプ速度（例えば、線形）で増大または低減させることができる。ランプ速度は、メモリ４０に格納するか、または他の方法でバックグラウンド相の間に制御回路３０内で求めることができる。さらに、または代替的に、ランプ速度は、実験的に求めてアルゴリズムと共にメモリ４０に格納することができる。
【００２６】
制御回路３０のプロセッサ３８が、バックグラウンド相が終了していない（例えば、バックグラウンド相における時間ｔがバックグラウンド間隔を超過していない）と判断した場合（ノード１２８）、制御回路３０のプロセッサ３８は、溶接電圧が最終電圧Ｖend未満であるか否かを判断する（ノード１３０）。溶接電圧がＶend未満である場合、制御アルゴリズムは、異常陰極事象が終了したと判断することができ、制御アルゴリズムは、アクティブな電圧調整方法を再開し（ブロック１３２）ブロック１１０に戻るように、制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示する。溶接電圧がＶendを超える場合、制御アルゴリズムは、溶接電流をバックグラウンド電流に調整し（ブロック１２６）、バックグラウンド相が終了するかまたは溶接電圧がＶend未満となる（例えば、異常陰極事象が終了する）まで、ノード１２８および１３０を循環することができる。溶接電圧がＶendを超えている間にバックグラウンド相が終了した場合、制御アルゴリズムは、次の相（例えば、ピーク相１１４）に対して溶接電流を調整し（ブロック１３４）、アクティブな電圧調整方法を再開する（ブロック１３６）ように、制御回路に対して指示する。例えば、異常陰極事象がピーク相１１４まで持続する場合、制御アルゴリズムは、以前のピーク溶接電流波形に実質的に対応するように溶接電流を適切な溶接電流まで増大させるように、制御回路３０のプロセッサ３８に対して指示し、それにより、溶接電流のピーク相に対する異常陰極事象の影響を低減させる。
【００２７】
本明細書において、本発明の幾つか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ような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】
【００２８】
１０    溶接システム
１２    電源
１４    ワイヤー送給装置
１６    溶接トーチ
１８    ワイヤ電極
２０    ガス供給装置
２２    引金
２４    アーク
２６    加工物
２８    オペレーターインターフェース
３０    制御回路
３２    電力変換回路
３４    矢印
３６    センサー
３８    プロセッサ
４０    メモリ
５０    溶融電圧
５０    溶接電圧
５２    溶接電流
５４    ピーク相
５６    バックグラウンド電流
５８    ピーク電流
６０    バックグラウンド電圧
６２    ピーク電圧
６４    バックグラウンド相
６６    短絡事象
６８    異常陰極事象
７０    低電流レベル
８０    異常陰極事象
１１４    ピーク相
１１８    ノード
１２０    制御アルゴリズム
１２８    ノード
１３２    ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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