▶ フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツングの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-10-13
(54)【発明の名称】溶接アークの点火方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/067 20060101AFI20221005BHJP
【ＦＩ】
B23K9/067
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022507455
(86)(22)【出願日】2020-07-14
(85)【翻訳文提出日】2022-02-21
(86)【国際出願番号】 EP2020069919
(87)【国際公開番号】W WO2021023485
(87)【国際公開日】2021-02-11
(31)【優先権主張番号】19190196.6
(32)【優先日】2019-08-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】504380611
【氏名又は名称】フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＦＲＯＮＩＵＳ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＧＭＢＨ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】ゼリンガー、ドミニク
【テーマコード（参考）】
4E082
【Ｆターム（参考）】
4E082AA01
4E082AB01
4E082BA04
4E082EB01
(57)【要約】
消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）のワイヤ端とワークピース（Ｗ）との間の溶接アーク（ＳＬＢ）を点火及び／又は再点火する方法及び装置であって、消耗溶接ワイヤ電極、ＳＤＥ、のワイヤ端がワークピース（Ｗ）の表面と接触又は短絡するまでに必要な距離（Ｓ）又は時間期間を決定すること（Ｓ１）と、決定された距離（Ｓ）又は時間期間に応じて設定された点火エネルギ、ＥＺ、で溶接アーク（ＳＬＢ）を点火すること（Ｓ２）と、を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
事象の後に消耗溶接ワイヤ電極、ＳＤＥ、のワイヤ端とワークピース（Ｗ）との間の溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行う方法であって、（ａ）前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の表面と接触又は短絡するまでに、もしくは前記溶接アーク（ＳＬＢ）が点火するまでに必要な距離（Ｓ）又は時間期間を決定すること（Ｓ１）と、
（ｂ）前記決定された距離（Ｓ）又は時間期間に応じて設定された点火エネルギ、ＥＺ、で前記溶接アーク（ＳＬＢ）を点火すること（Ｓ２）と、を含む方法。
【請求項2】
溶融位置、ＳＳ、で形成された前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の前記表面と接触又は短絡するまでに進む前記距離（Ｓ）は、前記ワイヤ搬送速度（ＶＤ）及び検出された時間差、Δｔ、に応じて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
溶融位置（ＳＳ）で形成された前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の前記表面と接触又は短絡するまでに進む前記距離（Ｓ）は、ワイヤ搬送加速度、ａＤ、及び検出された時間差、Δｔ、に応じて決定される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記検出された時間差、Δｔ、は、前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）を切断する又は前記溶接アークが消滅する時間、ｔＤ、と、前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の前記表面と接触又は短絡する時間、ｔＫ、との間の期間を含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項5】
前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ端が前記ワークピース（Ｗ）の前記表面と接触又は短絡するまでに必要な前記距離（Ｓ）又は時間期間がセンサによって測定される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための前記点火エネルギ、ＥＺ、は、距離（Ｓ）の増加が決定されるとき、又は時間期間の増加が決定されるときに、自動的に高く設定される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記距離（Ｓ）又は検出された時間差値の様々な距離値に対して、溶接パラメータ、ＳＰ、の関連するパラメータセットがパラメータセットメモリから読み出され、前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための前記点火エネルギ、ＥＺ、が前記溶接パラメータ、ＳＰ、の読み出されたパラメータ値に従って設定される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記パラメータセットは、前記点火作業中の前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の、点火電流、Ｉ、点火電圧、Ｕ、パルス周波数、ワイヤ搬送速度、ＶＤ、及びワイヤ搬送加速度、ａＤ、の少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための前記点火エネルギ、ＥＺ、は、前記決定された距離（Ｓ）又は決定された時間期間に応じて、記憶された特性曲線に従って自動的に設定される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための前記点火エネルギ、ＥＺ、は、前記決定された距離（Ｓ）又は時間期間に応じて計算される、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
短絡の検出後に前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）を切断するための電流振幅は、比伝導度の前記溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の直径、及び前記溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の比熱容量の少なくとも一方に応じて設定される、請求項２～１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）のワイヤ端とワークピース（Ｗ）との間の溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行う点火装置（１）であって、－前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の表面と接触又は短絡するまでに、もしくは前記溶接アークが点火するまでに必要な距離（Ｓ）又は時間期間を決定するのに適した決定ユニット（２）と、
－前記距離（Ｓ）又は時間期間に応じて、前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための点火エネルギ、ＥＺ、を設定するのに適した設定ユニット（３）と、を備える、点火装置（１）。
【請求項13】
請求項１２に記載の点火装置（１）と、溶接トーチ（４）と、を備える、アーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端とワークピースとの間の溶接アークを点火及び／又は再点火する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
アーク溶接では、ワークピースと溶接ワイヤ電極との間で溶接アークが発生する。溶接ワイヤ電極はプロセス中に溶融することで、同時に溶加材として機能する。溶接アークは、ワークピースと溶接ワイヤ電極との間で発生し、４０００Ｋを超える温度に達する。溶接アークはワークピースの非常に小さな面に作用するため、アーク溶接の出力密度が比較的高くなる。これにより、溶接速度が速くなる。溶接アークは、溶接ワイヤ電極がワークピースに接触する、いわゆる接触点火によって点火される。短絡に起因して大電流が流れ、溶接ワイヤ電極の先端又は溶接ワイヤ端が溶けて、溶接アークを点火する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、点火作業の間、溶接ワイヤ電極の溶接ワイヤ端は、工具の表面に接触したときに工具の表面に溶接されたままとなることがあるため、溶接アークの点火を阻むことがある。さらに、溶接ワイヤ端とワークピースの表面との間の溶接アークは、溶接プロセス中に切れる可能性があるため、溶接アークの再点火が必要になる。従来の溶接アーク法の場合、溶接ワイヤ電極のワイヤ端の熱状態は考慮されていない。その結果、従来の溶接アーク法の場合、溶接ワイヤ電極の溶接ワイヤ自由端に適切な点火エネルギが供給されないため、再点火時にアーク切れや溶接開始不良が発生する可能性がある。
【0004】
したがって、本発明の目的は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端とワークピースとの間の溶接アークを点火又は再点火する方法及び装置であって、溶接開始不良を防止し、溶接作業中に溶接アークを確実に点火又は再点火する方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって達成される。
本発明は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端とワークピースとの間の溶接アークを点火及び／又は再点火する方法を適切に提供し、方法は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ自由端がワークピースの表面と接触又は短絡するまでに必要な距離又は時間期間（ｚｅｉｔｄａｕｅｒ）を決定することと、決定された距離又は決定された時間期間に応じて設定された点火エネルギで溶接アークを点火することと、を含む。
本発明は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端とワークピースとの間の溶接アークを点火及び／又は再点火する方法を適切に提供し、方法は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ自由端がワークピースの表面と接触又は短絡するまでに必要な距離又は時間期間（ｚｅｉｔｄａｕｅｒ）を決定することと、決定された距離又は決定された時間期間に応じて設定された点火エネルギで溶接アークを点火することと、を含む。
【0006】
本発明による方法の１つの可能な実施形態では、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ自由端は、溶接ワイヤ電極を溶融位置（ｅｉｎｅｒ ｓｃｈｍｅｌｚｓｔｅｌｌｅ、融点）で切断することによって形成される。
【0007】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶接ワイヤ電極の切断は、溶接ワイヤ電極に大電流を印加することによって、及び／又はワイヤ供給速度を減速させる又はマイナスにすることによって行われる。
【0008】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶接ワイヤ電極の切断は、溶接ワイヤ電極とワークピースとの間で短絡が検出されるとすぐに、電流を印加することによって、及び／又はワイヤ供給速度を減速させることによって行われる。
【0009】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、消耗溶接ワイヤ電極は、溶接アークが発生している間、ワイヤ搬送速度でワークピースの表面に向かって搬送される。
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶接アークの消滅は、溶接ワイヤ電極の搬送中に確認される。
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶接アークの消滅は、溶接ワイヤ電極の搬送中に確認される。
【0010】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶融位置で形成された消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端がワークピースの表面と接触又は短絡するまでに進む距離は、ワイヤ搬送速度及び／又は検出された時間差に応じて決定される。
【0011】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶融位置で形成された消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端がワークピースの表面と接触又は短絡するまでに進む距離は、ワイヤ搬送加速度及び検出された時間差に応じて決定される。
【0012】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、検出された時間差は、消耗溶接ワイヤ電極を切断する及び／又は溶接アークが消滅する時間と、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端がワークピースの表面と接触又は短絡する時間との間の期間を含む。
【0013】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端がワークピースの表面と接触又は短絡するまでに必要な距離又は時間期間がセンサによって測定される。
【0014】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶接アークを点火及び／又は再点火するための点火エネルギは、距離の増加が決定されるとき、又は時間期間の増加が決定されるときに、通常の点火エネルギよりも自動的に高く設定される。
【0015】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、距離又は検出された時間差値の様々な距離値に対して、溶接パラメータの関連するパラメータセットがパラメータセットメモリから読み出され、溶接アークを点火及び／又は再点火するための点火エネルギが溶接パラメータの読み出されたパラメータ値に従って設定される。
【0016】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、パラメータセットは、点火作業中の消耗溶接ワイヤ電極の、点火電流、Ｉ、点火電圧、Ｕ、及び／又はパルス周波数及び／又はワイヤ搬送速度、ＶＤ、及び／又はワイヤ搬送加速度、ａＤ、を有する。
【0017】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶接プロセスは、点火フェーズ、プロセス開始フェーズ、及びメインプロセスフェーズを含み、異なるフェーズでそれぞれ実行される点火作業の点火エネルギは、本発明による点火方法に従って設定される。
【0018】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶接アークを点火及び／又は再点火するための点火エネルギは、決定された距離又は決定された時間期間に応じて、記憶された特性曲線に従って自動的に設定される。
【0019】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、溶接アークを点火及び／又は再点火するための点火エネルギは、決定された距離又は決定された時間期間に応じて決定又は計算される。
【0020】
本発明による方法のさらなる可能な実施形態では、短絡の検出後に消耗溶接ワイヤ電極を切断するための電流振幅は、溶接ワイヤ電極の直径に応じて、及び／又は溶接ワイヤ電極の電気伝導度及び比熱容量に応じて、設定される。
【0021】
第２の態様によれば、本発明は、請求項１２に記載の特徴を有する点火装置をさらに提供する。
本発明は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端とワークピースとの間の溶接アークを点火及び／又は再点火する点火装置を適切に提供し、装置は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ自由端がワークピースの表面と接触又は短絡するもしくは溶接アークを点火するまでに必要な距離又は時間期間を決定するのに適した決定ユニットと、距離又は時間期間に応じて、溶接アークを点火及び／又は再点火するための点火エネルギを設定するのに適した設定ユニットと、を備える。
本発明は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端とワークピースとの間の溶接アークを点火及び／又は再点火する点火装置を適切に提供し、装置は、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ自由端がワークピースの表面と接触又は短絡するもしくは溶接アークを点火するまでに必要な距離又は時間期間を決定するのに適した決定ユニットと、距離又は時間期間に応じて、溶接アークを点火及び／又は再点火するための点火エネルギを設定するのに適した設定ユニットと、を備える。
【0022】
さらに、さらなる態様によれば、本発明は、本発明の第２の態様による点火装置を含むアーク溶接装置を提供する。
本発明による方法及び本発明による点火装置の可能な実施形態は、同封の図を参照して以下により詳細に説明される。
本発明による方法及び本発明による点火装置の可能な実施形態は、同封の図を参照して以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明による点火方法の例示的な実施形態を説明するための概略流れ図である。
【図2】本発明による点火装置の１つの可能な実施形態のブロック図である。
【図3】本発明による点火方法の動作態様を説明する図である。
【図4】本発明による点火方法の動作態様を説明するさらなる図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端とワークピースＷとの間の溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火する本発明による点火方法は、図１に概略的に示されるように、基本的に２つの主要なステップを有する。
【0025】
第１のステップＳ１において、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触するまで又は短絡するまでに必要な距離Ｓ又は時間期間（ｅｉｎｅ ｚｅｉｔｄａｕｅｒ）が決定される。
【0026】
さらなるステップＳ２において、決定された距離Ｓ又は決定された時間期間に応じて設定された点火エネルギＥＺで溶接アークＳＬＢが点火される。したがって、図１に示すように、溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火する点火方法は、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの自由端の現在の熱状態を考慮する。これにより、溶接アークを点火するために溶接ワイヤ端に不十分又は過剰な点火エネルギが印加されるのを防止する。これにより、アーク切れを防ぐことができる。さらに、溶接アークＳＬＢを点火する際の溶接開始不良が回避される。
【0027】
１つの可能な実施形態では、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端は、溶接ワイヤ電極を溶融位置ＳＳで切断することによって形成してもよい。１つの可能な実施形態では、この溶接ワイヤ電極ＳＤＥの切断は、溶接ワイヤ電極に大電流Ｉを印加することによって行われる。溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、溶接ワイヤ電極ＳＤＥとワークピースＷとの間の長時間の短絡又は接触が検出されるとすぐに、電流の印加によって切断される。
【0028】
溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、発生している溶接アークＳＬＢによりワイヤ搬送速度ＶＤでワークピースＷの表面に向かって搬送される。溶接ワイヤ電極ＳＤＥを搬送するための溶接アークＳＬＢが消滅した場合、１つの可能な実施形態では、これを検出することができる。
【0029】
１つの可能な実施形態では、溶融位置ＳＳで形成された消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端がワークピースＷの表面と接触又は短絡するまでに進む距離Ｓは、既知のワイヤ搬送速度ＶＤ及び検出された時間差Δｔに応じて決定される。
【0030】
１つの可能な実施形態では、検出された時間差は、電流の印加によって消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥを切断する時間と、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触又は短絡する時間、もしくは溶接アークの点火時間との間の期間を含む。
【0031】
代替的に、検出された時間差は、溶接アークＳＬＢの消滅が検出された時間と、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触又は短絡する時間、もしくは溶接アークの点火時間との間の期間を含んでもよい。
【0032】
本発明による方法のさらなる可能な代替実施形態では、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触又は短絡するまでに必要な距離Ｓ又は時間期間がセンサによって測定される。
【0033】
本発明による方法の１つの可能な実施形態では、溶接アークＳＬＢを点火又は再点火するための点火エネルギＥＺは、距離の増加が決定されるとき、又は時間期間の増加が決定されるときに、自動的に高く設定される。
【0034】
１つの可能な実施形態では、図１に示される方法において、距離又は検出された時間差値の様々な距離値に対して、溶接パラメータＳＰの関連するパラメータセットがパラメータセットメモリから読み出され、溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火するための点火エネルギＥＺが溶接パラメータＳＰの読み出されたパラメータ値に従って設定される。
【0035】
パラメータセットは、点火作業中の消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥの、点火電流Ｉ、点火電圧Ｕ、及び／又はパルス周波数及び／又はワイヤ搬送速度ＶＤ、及び／又はワイヤ搬送加速度ａＤなどのパラメータを含み得る。追加的又は代替的に、点火電流時間及び／又は点火電圧時間などのパラメータを含めてもよい。したがって、パラメータセット又は複数のパラメータは、設定された又は選択された溶接プロセス（例えば、短絡溶接プロセス又はパルス溶接プロセスなど）に従って選択される。
【0036】
１つの可能な実施形態では、溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火するための点火エネルギＥＺは、決定された距離及び／又は決定された時間期間に応じて、記憶された特性曲線に従って自動的に設定される。１つの可能な実施形態では、溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火するための点火エネルギＥＺは、決定された距離及び／又は決定された時間期間に応じて、コンピューティングユニットによって計算される。これは、選択された溶接プロセス及び事象に適合した態様で適切に行われる。点火エネルギは、通常の点火と比較して最大で９０％変化させることができる。
【0037】
１つの可能な実施形態では、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥを切断するための又は短絡が検出された場合の電流振幅は、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの直径に応じて設定される。溶接ワイヤ電極ＳＤＥの直径が大きいほど、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥを切断するために必要な電流振幅が大きくなる。さらに、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥを切断するための電流振幅は、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの電気伝導度及び比熱容量に応じて設定されてもよい。
【0038】
図２は、本発明のさらなる態様における本発明による点火装置１の１つの可能な実施形態のブロック図を示す。図２に示す点火装置１は、決定ユニット２と設定ユニット３とを備えている。点火装置１は、図２に概略的に示されるように、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端とワークピースＷとの間の溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火するために使用される。溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、溶接トーチ４上に配置されており、スプールから巻き戻されてワークピースＷに向かって搬送することができる。１つの可能な実施形態では、溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、所定の既知のワイヤ搬送速度ＶＤで搬送される。点火装置１の決定ユニット２は、溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触又は短絡するまでに、もしくは点火するまでに、必要な距離Ｓ又は時間期間を決定するように設計されている。１つの可能な実施形態では、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触するまでに進む距離Ｓは、溶接ワイヤ電極の既知のワイヤ搬送速度ＶＤ及び検出された時間差に応じて決定ユニット２によって決定される。代替的に、消耗溶接ワイヤ電極のワイヤ端が、ワークピースＷの表面と接触又は短絡するまでに、もしくは点火するまでに、進む距離Ｓは、既知のワイヤ搬送加速度ａＤ及び検出された時間差Δｔに応じて決定ユニット２によって計算されてもよい。１つの可能な実施形態では、検出された時間差Δｔは、電流の印加によって消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥを切断する時間と、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触又は短絡する時間、もしくは溶接アークＳＬＢの点火時間との間の期間を含む。さらに、検出された時間差Δｔは、溶接アークＳＬＢの消滅が確認された時間と、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触又は短絡する時間、もしくは溶接アークＳＬＢの点火時間との間の期間を含んでもよい。
【0039】
本発明による点火装置１のさらなる可能な実施形態では、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面と接触又は短絡するまでに必要な距離Ｓ又は時間期間が、センサを用いて測定され、決定ユニット２に伝達される。この実施形態では、点火装置１は、タイマ又はクロックを有する。
【0040】
点火装置１の設定ユニット３は、決定された距離及び／又は決定された時間期間に応じて、溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火するための点火エネルギＥＺを自動的に設定するように設計されている。溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火するための点火エネルギＥＺは、決定された距離Ｓ又は時間期間に応じて計算される。溶接アークＳＬＢを点火及び／又は再点火するための点火エネルギは、距離の増加が決定される及び／又は時間期間の増加が決定されるときに、設定ユニット３によって自動的に高く設定される。距離又は必要な時間期間が長いほど、消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端が冷却され、多くの冷却されたワイヤが供給されるため、溶接ワイヤ電極ＳＤＥを点火又は再点火するには、より高い点火エネルギＥＺが必要になる。
【0041】
１つの可能な実施形態では、距離Ｓ又は検出された時間差値の様々な距離値に対して、溶接パラメータＳＰの関連するパラメータセットが点火装置１のパラメータセットメモリに記憶される。これらは、設定ユニット３によって読み出される。溶接アークを点火及び／又は再点火するための点火エネルギＥＺは、溶接パラメータＳＰの読み出されたパラメータ値に従って設定ユニット３によって設定される。１つの可能な実施形態では、読み出されたパラメータセットは、点火作業中の消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥの、点火電流Ｉ、点火電圧Ｕ、ワイヤ搬送速度ＶＤ、及び／又はワイヤ搬送加速度ａＤを含み得る。パルスアークの場合、パラメータセットはパルス周波数を追加的に含み得る。さらなる可能な実施形態では、溶接アークを点火及び／又は再点火するための点火エネルギＥＺは、決定された距離Ｓ及び／又は決定された時間期間に応じて、記憶された特性曲線に従って設定ユニット３によって自動的に設定されてもよい。図２に示す点火装置１は、アーク溶接装置に組み込まれているため、溶接プロセスを実行することができる。アーク溶接装置のさらなる必要な構成要素は、一般的に知られており、ここでは説明しない。
【0042】
図３は、本発明による点火装置１の動作態様を概略的に示す。時刻ｔ０において、溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、ワイヤ搬送速度ＶＤで、ワークピースＷの表面に向かう方向に搬送される。溶接アークＳＬＢは、溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ自由端とワークピースＷの表面との間に存在し得る。しかし、時刻ｔｘにおいて、誤動作などに起因してＳＬＢが消滅する。ＳＬＢの消滅は、「ｘ」で象徴的に示されている。この事象により、経路測定（Ｗｅｇｍｅｓｓｕｎｇ）が有効になる。時刻ｔ１において、溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面に接触する。接触により、溶接アークＳＬＢが点火する。時刻ｔ１における接触は、検出することができる。このプロセスにおいて、わずかな材料の変化が生じることがある。溶接ワイヤ電極ＳＤＥの先端で一部の材料が溶け出る。時刻ｔ２において、図３に概略的に示すように、溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、減速された供給速度ＶＤでワークピースＷの表面に移動し、溶接アークＳＬＢは、少なくとも測定された距離に応じて設定された点火エネルギＥＺで点火される。代替実施形態では、溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、時刻ｔ２においてワークピースＷの表面から離れるように移動してもよい。設定された点火エネルギＥＺは、接触した時刻ｔ１における溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端の熱状態を考慮している。進む距離Ｓ又はこれに必要な時間Δｔが大きいほど、溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端が冷却される、及び／又は多くの冷却ワイヤが供給される。本発明による方法及び本発明による点火装置１では、溶接アークを点火のための高い点火エネルギＥＺが設定される。
【0043】
図４は、溶接作業の開始手順中に、溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端がワークピースＷの表面をつつく、又は接触して溶接される状況を示す。時刻ｔ０において、溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、既知のワイヤ搬送速度ＶＤで、ワークピースＷの表面に向かう方向に移動し、溶接アークＳＬＢが発生し得る。最初の点火の前に、時刻ｔ０において溶接アークＳＬＢは発生しない。時刻ｔ１において、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの溶接ワイヤ端は、ワークピースＷの表面に接触し、望ましくないことに、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの端片は、ワークピースＷの表面に付着したままとなる。これを切り離すために、時刻ｔ２において、付着している溶接ワイヤ電極ＳＤＥに電流振幅の大きい電流Ｉｂを流し、溶接ワイヤ電極ＳＤＥを切断する。さらに、時刻ｔ２において、ワイヤ供給速度ＶＤを減速してもよい。図４に示すように、これにより、時刻ｔｘにおいて溶融位置ＳＳで消耗溶接ワイヤ電極ＳＤＥの新しいワイヤ端が得られる。大きな印加電流Ｉｂに起因して、図４の時刻ｔｘにおいてハッチングで示した溶接ワイヤ電極ＳＤＥの下側の分離部分は液体になり、吹き飛ばすことができる。これは事象として確認され、経路測定が開始／アクティブ化される。同様に、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの新しく形成された溶接ワイヤ端は、ワイヤ搬送速度ＶＤでワークピースＷの表面に向かう方向に搬送される。図４に示すように、溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端（溶融位置ＳＳで新たに形成された）は、時刻ｔ３においてワークピースＷの表面に接触する。この接触により、時刻ｔ４において溶接アークＳＬＢが点火する。１つの可能な実施形態では、溶融位置ＳＳで形成された新しい溶接ワイヤ端を、その後、ワークピースＷの表面から戻してもよい。図４に示すシナリオでは、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの新しく形成されたワイヤ端は、大きな印加電流Ｉｂに起因して溶融位置ＳＳで強く加熱されるため、例えば溶接作業の開始時での溶接ワイヤ電極のワイヤ端よりも著しく暖かい。この追加情報は、時刻ｔ３での点火エネルギＥＺを設定するために、好ましくは点火装置１の設定ユニット３によって考慮される。
【0044】
溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワークピースの表面への溶接プロセス中（時刻ｔ１）の望ましくない付着（事象）の結果として、溶融位置ＳＳを形成するために大電流Ｉｂ（ｔ２）を溶接ワイヤ電極ＳＤＥに印加する場合、時刻ｔ３において必要なＳＬＢの点火エネルギＥＺは、それに応じてｔ４において低く設定できる。したがって、この実施形態では、点火エネルギＥＺは、好ましくは、決定された距離Ｓ又はこれに必要な時間期間に応じてだけでなく、時刻ｔ２において流れる切断電流Ｉｂの振幅にも応じて設定される。溶接ワイヤ電極ＳＤＥを溶融するために提供される電流Ｉｂの電流振幅が大きいほど、時刻ｔ３において溶接アークＳＬＢを再点火するための点火エネルギＥＺを設定ユニット３によって低く設定することができる。１つの可能な実施形態では、溶接ワイヤ電極ＳＤＥに導入される熱又はエネルギが決定、特に溶接パラメータ及び溶接ワイヤ電極ＳＤＥの既知の材料特性に基づいて計算される。決定された入熱が高いほど、点火エネルギＥＺは低く設定される。
【0045】
さらなるシナリオでは、溶接アークＳＬＢの切れ（事象）が溶接作業中に検出される可能性がある。溶接アークＳＬＢが切れてから溶接ワイヤ電極ＳＤＥがワークピースＷの表面に接触するまでの時間を測定又は記録することができる。記録された時間期間が長いほど、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの端部が冷却され、点火装置１の設定ユニット３によって設定される点火エネルギＥＺが高くなる。溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワークピースＷへの望ましくない付着は、従来の溶接方法において主に最初の点火作業中に発生する。アーク切れの場合、まれに、点火不良の後に、図４に概略的に示すように、溶接ワイヤ電極ＳＤＥの溶接ワイヤ端がワークピースＷに溶接される又は付着する状況が発生する可能性がある。その結果生じる短絡を解消するために、本発明による方法では、溶接ワイヤ電極ＳＤＥに高アンペア数の電流Ｉｂを通電することが好ましい（時刻ｔ２）。この短絡処理作業では、溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、様々な位置又は溶融位置ＳＳで溶融する可能性がある。溶接ワイヤ電極ＳＤＥの溶融後、溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、ワークピースＷの表面に向かう方向に前方に搬送される。続いて、新たな接触点火が行われることで、設定された点火エネルギＥＺを用いて溶接アークＳＬＢが形成される。
【0046】
本発明による点火装置１において、溶接ワイヤ電極ＳＤＥが溶融した時から又はアーク切れが確認された時から再点火時まで、溶接ワイヤ電極ＳＤＥが進む距離Ｓ、及び／又はこれに必要な時間が記録され、溶融位置又はアーク切れの位置がそこから導出される。経路又は時間が事象に応じて記録されているとも言える。決定された距離Ｓ又は記録された時間差は、時刻ｔｘにおいて溶接ワイヤ電極が溶融した溶融位置を表す。このことから、必要な最適点火エネルギＥＺを決定又は計算することができる。例えば溶接ワイヤ電極ＳＤＥは、ベース位置（ベース位置＝ワークピースとの溶接位置）で直接溶融する場合、短絡を解消するために大きな短絡電流Ｉｂが使用されたことでワイヤ自由端はすでに比較的強く予熱されているため、点火エネルギＥＺを比較的低く設定することができる。しかし、溶接ワイヤ電極ＳＤＥが溶接トーチ４の接触管の方向において溶融した場合、溶接ワイヤ電極ＳＤＥがワークピースＷの表面に再度接触するまでに、比較的長い経路又は大きな距離Ｓを進まなければならないため、新たな点火のために増加した点火パワーＥＺが設定ユニット３によって設定される。前方に搬送される溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端は、前方への移動中にすでに冷却されており、さらに冷却されたワイヤが供給されるため、点火パワーＥＺの増加が必要となる。
【0047】
したがって、時刻ｔｘにおける事象に起因して、溶接アークＳＬＢは、本発明による方法に対応する点火エネルギで点火される。点火又は再点火の後に、好ましくは開始フェーズを実行することができ、この場合にパラメータを進んだ距離に応じて同様に適合させることができる。例えば、溶接アークＳＬＢがより低い点火エネルギで点火された場合、すなわち溶接ワイヤがより強く加熱された場合、開始フェーズでワイヤの供給がより急速に（より急な傾斜で）増加する。
【0048】
開始フェーズの後、設定された溶接プロセスが実行される。
本発明による点火装置１は、ワイヤの熱制御されたアーク点火を提供し、特に、溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端の現在の熱状態を考慮する。これにより、溶接アークＳＬＢを点火又は再点火するための点火エネルギＥＺを最適に設定することができる。その結果、アーク切れ又は溶接開始不良が大幅に回避される。それに応じて、アーク溶接装置の生産性が向上する。
本発明による点火装置１は、ワイヤの熱制御されたアーク点火を提供し、特に、溶接ワイヤ電極ＳＤＥのワイヤ端の現在の熱状態を考慮する。これにより、溶接アークＳＬＢを点火又は再点火するための点火エネルギＥＺを最適に設定することができる。その結果、アーク切れ又は溶接開始不良が大幅に回避される。それに応じて、アーク溶接装置の生産性が向上する。
【符号の説明】
【0049】
１…点火装置
２…決定ユニット
３…設定ユニット
４…溶接トーチ
２…決定ユニット
３…設定ユニット
４…溶接トーチ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2022-02-21
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
事象の後に消耗溶接ワイヤ電極、ＳＤＥ、のワイヤ端とワークピース（Ｗ）との間の溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行う方法であって、（ａ）前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の表面と接触又は短絡するまでに必要な距離（Ｓ）又は時間期間を決定すること（Ｓ１）と、
（ｂ）前記決定された距離（Ｓ）又は時間期間に応じて設定された点火エネルギ、ＥＺ、で前記溶接アーク（ＳＬＢ）を点火すること（Ｓ２）と、を含む方法。
【請求項2】
溶融位置、ＳＳ、で形成された前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の前記表面と接触又は短絡するまでに進む前記距離（Ｓ）は、前記ワイヤ搬送速度（ＶＤ）及び検出された時間差、Δｔ、に応じて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
溶融位置（ＳＳ）で形成された前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の前記表面と接触又は短絡するまでに進む前記距離（Ｓ）は、ワイヤ搬送加速度、ａＤ、及び検出された時間差、Δｔ、に応じて決定される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記検出された時間差、Δｔ、は、前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）を切断する又は前記溶接アークが消滅する時間、ｔＤ、と、前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の前記表面と接触又は短絡する時間、ｔＫ、との間の期間を含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項5】
前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ端が前記ワークピース（Ｗ）の前記表面と接触又は短絡するまでに必要な前記距離（Ｓ）又は時間期間がセンサによって測定される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための前記点火エネルギ、ＥＺ、は、距離（Ｓ）の増加が決定されるとき、又は時間期間の増加が決定されるときに、自動的に高く設定される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記距離（Ｓ）又は検出された時間差値の様々な距離値に対して、溶接パラメータ、ＳＰ、の関連するパラメータセットがパラメータセットメモリから読み出され、前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための前記点火エネルギ、ＥＺ、が前記溶接パラメータ、ＳＰ、の読み出されたパラメータ値に従って設定される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記パラメータセットは、前記点火作業中の前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の、点火電流、Ｉ、点火電圧、Ｕ、パルス周波数、ワイヤ搬送速度、ＶＤ、及びワイヤ搬送加速度、ａＤ、の少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための前記点火エネルギ、ＥＺ、は、前記決定された距離（Ｓ）又は決定された時間期間に応じて、記憶された特性曲線に従って自動的に設定される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための前記点火エネルギ、ＥＺ、は、前記決定された距離（Ｓ）又は時間期間に応じて計算される、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
短絡の検出後に前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）を切断するための電流振幅は、比伝導度の前記溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の直径、及び前記溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の比熱容量の少なくとも一方に応じて設定される、請求項２～１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）のワイヤ端とワークピース（Ｗ）との間の溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行う点火装置（１）であって、－前記消耗溶接ワイヤ電極（ＳＤＥ）の前記ワイヤ自由端が前記ワークピース（Ｗ）の表面と接触又は短絡するまでに必要な距離（Ｓ）又は時間期間を決定するのに適した決定ユニット（２）と、
－前記距離（Ｓ）又は時間期間に応じて、前記溶接アーク（ＳＬＢ）の点火及び再点火の少なくとも一方を行うための点火エネルギ、ＥＺ、を設定するのに適した設定ユニット（３）と、を備える、点火装置（１）。
【請求項13】
請求項１２に記載の点火装置（１）と、溶接トーチ（４）と、を備える、アーク溶接装置。
【国際調査報告】