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公開番号2024096104
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-11
出願番号2023223028
出願日2023-12-28
発明の名称AC波形を用いたワイヤ操作
出願人リンカーン グローバル,インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人
主分類B23K 9/073 20060101AFI20240704BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】 AC波形を用いたワイヤ操作を提供する。
【解決手段】 各溶融金属液滴移送サイクル中に2回以上の極性変化を伴う交流(AC)溶接波形が生成される。消耗溶接電極速度は、機械的に制御され、及び極性は、電極速度/方向に関する既知の情報にリンクされ、液滴移送サイクルごとに少なくとも2回の極性変化が実現されることを保証する。アーク極性は、電極運動の方向の変化と並行したものである。極性は、電極の実際の速度に基づいて変化され得る。このように電極運動及び極性を制御することは、より大きい液滴が生成され、及びより低い短絡頻度でより高い堆積速度が実現されることを可能にする。より低い短絡頻度は、ワイヤ送給装置モータの加熱及び摩耗を低減させ、且つ接触先端部の寿命も延ばす。
【選択図】 なし

特許請求の範囲【請求項1】
ワークピースに溶接を形成するために使用される溶接器具と、
消耗溶接電極と、
命令に応じて前記溶接器具を通して前記消耗溶接電極を前後に送給するように構成されたワイヤ送給装置と、
前記溶接器具において前記消耗溶接電極に印加される溶接電流波形を提供するように構成された溶接電源と、
溶接プロセスの各液滴移送サイクル中、少なくとも前記溶接電源及び前記ワイヤ送給装置を制御するように構成された少なくとも1つのコントローラと
を含む溶接システムであって、前記液滴移送サイクルは、少なくとも一部には、
前記コントローラが、前記消耗溶接電極の送給方向を、前記ワークピースに向かう方向から、前記ワークピースから離れる方向に変化させるように命令し、且つ前記送給方向が、前記ワークピースから離れる方向に機械的に変化することに応答して、電極プラスから電極マイナスに前記溶接電流波形の電気極性を変化させるように命令することと、
前記コントローラが、前記消耗溶接電極の前記送給方向を、前記ワークピースから離れる方向から、前記ワークピースに向かう方向に変化させるように命令し、且つ前記送給方向が、前記ワークピースに向かう方向に機械的に変化することに応答して、電極マイナスから電極プラスに前記溶接電流波形の前記電気極性を変化させるように命令することと
により、溶融金属液滴を形成し、且つ前記溶融金属液滴を前記消耗溶接電極の端部から前記ワークピースに移送することを含む、溶接システム。
続きを表示(約 900 文字)【請求項2】
前記少なくとも1つのコントローラは、前記消耗溶接電極の前記送給方向が機械的に変化するとき、前記消耗溶接電極の速度又は速度変化の少なくとも1つに基づいて前記溶接電流波形の前記電気極性を変化させるように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
前記溶接電流波形は、短絡解除セクションを含み、前記溶接電流波形は、前記短絡解除セクションの少なくとも一部中に線形に傾斜される、請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
前記溶接電流波形は、短絡後セクション及びアークセクションを含み、前記アークセクションで費やされる時間量と比較した前記短絡後セクションで費やされる時間量は、液滴サイズ調整及び熱管理を提供するためにユーザ調整可能である、請求項1に記載のシステム。
【請求項5】
前記溶接電流波形は、アークセクションを含み、前記アークセクションは、ピーク電流段階、次いでテールアウト電流段階、次いでバックグラウンド電流段階を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項6】
前記バックグラウンド電流段階は、パルス化されて、前記ワークピースの溶接池に熱を加え、且つ前記溶融金属液滴を前記溶接池に向かって押す、請求項5に記載のシステム。
【請求項7】
前記少なくとも1つのコントローラを介して、前記消耗溶接電極と前記ワークピースとの間の短絡を検出し、且つ前記消耗溶接電極と前記ワークピースとの間のアークを検出するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項8】
前記消耗溶接電極は、単一の溶接ワイヤを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項9】
前記消耗溶接電極は、2つの平行な溶接ワイヤを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項10】
前記溶接電流波形は、短絡後セクションを含み、前記短絡後セクション中、前記溶融金属液滴は、前記2つの平行な溶接ワイヤ間のブリッジ液滴として生成される、請求項9に記載のシステム。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照/参照による援用
2019年1月15日に発行された米国特許第10,179,369号明細書は、その全体が参照により本明細書に援用される。2022年9月13日に発行された米国特許第11,440,121号明細書は、その全体が参照により本明細書に援用される。
続きを表示(約 4,300 文字)【0002】
本発明の実施形態は、溶接に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、スパッタを低減し、且つより高い堆積速度を実現するような、送給される消耗電極を用いた交流(AC)溶接に関する。
【背景技術】
【0003】
送給される消耗電極を用いたAC溶接中の溶融金属の球状移送は、高い堆積速度を実現しようと試みるとき、過剰な入熱及びスパッタをもたらし得る。AC表面張力移送(STT)などの既存の解決策は、極性切替えサイクルごとに複数の液滴移送を必要とする。例えば、参照により本明細書に援用される(特許文献1)は、単一の短絡移送サイクル中に極性変化を伴うAC波形を記載している。しかし、実際には、高い短絡頻度及び短絡溶接の不規則性のため、短絡事象前の極性変化を保証することはできない。その結果、多くの場合、入熱がサイクルごとに変化するため、過剰なスパッタ及び不安定なアークが生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
米国特許第10,179,369号明細書
米国特許第11,440,121号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態では、各溶融金属液滴移送サイクル中に2回以上の極性変化を伴う交流(AC)溶接波形が生成される。消耗溶接電極速度は、機械的に制御され、及び極性は、電極速度及び位置に関する既知の情報にリンクされ、これは、液滴移送サイクルごとに少なくとも2回の極性変化が実現されることを保証する。(ワークピースへの電極の)短絡頻度は、機械的に制御され、したがって液滴移送ごとに2回のサイクルを保証することができる。アーク極性は、電極運動の方向の変化と並行したものである。極性信号は、電極の実際の速度(通常、ゼロに近い)に基づいて変化され得る。リード/ラグ時間(td)を実装して遷移タイミングを微調整することもできる(例えば、本明細書の図2を参照されたい)。このように電極運動及び極性を制御することは、より大きい液滴が生成され、及びより低い短絡頻度でより高い堆積速度が実現されることを可能にする。より低い短絡頻度は、ワイヤ送給装置モータの加熱及び摩耗を低減させ、且つ接触先端部の寿命も延ばす。
【0006】
一実施形態では、ワークピースに溶接を形成するために使用される溶接器具と、消耗溶接電極と、命令に応じて溶接器具を通して消耗溶接電極を前後に送給するように構成されたワイヤ送給装置とを含む溶接システムが提供される。溶接システムは、溶接器具において消耗溶接電極に印加される溶接電流波形を提供するように構成された溶接電源も含む。溶接システムは、溶接プロセスの各液滴移送サイクル中、少なくとも溶接電源及びワイヤ送給装置を制御するように構成された少なくとも1つのコントローラをさらに含む。液滴移送サイクルは、溶融金属液滴を形成し、且つ溶融金属液滴を消耗溶接電極の端部からワークピースに移送することを含む。液滴移送サイクル中、コントローラは、消耗溶接電極の送給方向を、ワークピースに向かう方向から、ワークピースから離れる方向に変化させるように命令し、且つ送給方向が、ワークピースから離れる方向に機械的に変化することに応答して、電極プラスから電極マイナスに溶接電流波形の電気極性を変化させるように命令する。また、液滴移送サイクル中、コントローラは、消耗溶接電極の送給方向を、ワークピースから離れる方向から、ワークピースに向かう方向に変化させるように命令し、且つ送給方向が、ワークピースに向かう方向に機械的に変化することに応答して、電極マイナスから電極プラスに溶接電流波形の電気極性を変化させるように命令する。一実施形態では、コントローラは、消耗溶接電極の送給方向が機械的に変化するとき、消耗溶接電極の速度又は速度変化の少なくとも1つに基づいて溶接電流波形の電気極性を変化させるように構成される。一実施形態では、溶接電流波形は、短絡解除セクションを含み、溶接電流波形は、短絡解除セクションの少なくとも一部中に線形に傾斜される。一実施形態では、溶接電流波形は、短絡後セクション及びアークセクションを含み、アークセクションで費やされる時間量と比較した短絡後セクションで費やされる時間量は、液滴サイズ調整及び熱管理を提供するためにユーザ調整可能である。一実施形態では、溶接電流波形は、アークセクションを含み、アークセクションは、ピーク電流段階、次いでテールアウト電流段階、次いでバックグラウンド電流段階を含む。バックグラウンド電流段階は、パルス化されて、ワークピースの溶接池に熱を加え、且つ溶融金属液滴を溶接池に向かって押す。一実施形態では、システムは、少なくとも1つのコントローラを介して、消耗溶接電極とワークピースとの間の短絡を検出し、且つ消耗溶接電極とワークピースとの間のアークを検出するように構成される。一実施形態では、消耗溶接電極は、単一の溶接ワイヤを含む。一実施形態では、消耗溶接電極は、2つの平行な溶接ワイヤを含む。溶接電流波形は、短絡後セクションを含み、短絡後セクション中、溶融金属液滴は、2つの平行な溶接ワイヤ間のブリッジ液滴として生成される。
【0007】
一実施形態では、スパッタ及び過剰な入熱を低減するために、アーク溶接プロセスにおいて液滴を移送する方法が提供される。本方法は、短絡解除ルーチンを開始して、現在の溶融金属液滴を消耗溶接電極の端部からワークピースに移送するステップを含む。短絡解除ルーチンは、消耗溶接電極の送給方向を、ワークピースに向かう方向から、ワークピースから離れる方向に変化させることと、送給方向が、ワークピースから離れる方向に変化することに応答して、電極プラスから電極マイナスに溶接電流の電気極性を変化させることとを含む。本方法は、移送後、消耗溶接電極とワークピースとの間のアークを検出するステップと、短絡後ルーチンを開始するステップであって、短絡後ルーチンは、電極マイナスの電気極性中、消耗溶接電極の端部において次の溶融金属液滴を生成することと、消耗溶接電極の送給方向を、ワークピースから離れる方向から、ワークピースに向かう方向に変化させることとを含む、ステップとをさらに含む。本方法は、アークルーチンを開始するステップであって、アークルーチンは、送給方向が、ワークピースに向かう方向に変化することに応答して、電極マイナスから電極プラスに溶接電流の電気極性を変化させることを含む、ステップと、ワークピースと次の溶融金属液滴との間の短絡を検出するステップとをさらに含む。本方法は、溶接を完了するために、連続する液滴移送サイクルにわたって繰り返され、現在のサイクルにおける次の溶融金属液滴は、次のサイクルにおける現在の溶融金属液滴になる。一実施形態では、溶接電流は、短絡解除セクションの少なくとも一部中に線形に傾斜される。一実施形態では、アークルーチンで費やされる時間量と比較した短絡後ルーチンで費やされる時間量は、液滴サイズ調整及び熱管理を提供するためにユーザ調整可能である。一実施形態では、アークルーチンは、ピーク電流段階、次いでテールアウト電流段階、次いでバックグラウンド電流段階を含む。バックグラウンド電流段階は、パルス化されて、ワークピースの溶接池に熱を加え、且つ溶融金属液滴を溶接池に向かって押す。一実施形態では、消耗溶接電極は、単一の溶接ワイヤを含む。一実施形態では、消耗溶接電極は、2つの平行な溶接ワイヤを含む。短絡後ルーチン中、次の溶融金属液滴は、2つの平行な溶接ワイヤ間のブリッジ液滴として生成される。一実施形態では、溶接電流の電気極性を変化させることは、消耗溶接電極の送給方向が変化するときの消耗溶接電極の速度又は速度変化の少なくとも1つに基づく。
【0008】
全般的な発明概念の多くの態様は、以下の例示的実施形態の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面から容易に明らかになるであろう。
【0009】
本明細書に組み込まれ、その一部を成す添付図面は、本開示の様々な実施形態を示す。図中に例示される要素境界(例えば、ボックス、ボックスのグループ又は他の形状)は、境界の一実施形態を表すことを理解されたい。いくつかの実施形態では、1つの要素が複数の要素として設計され得るか、又は複数の要素が1つの要素として設計され得る。いくつかの実施形態では、別の要素の内部構成要素として図示される要素は、外部構成要素として実装され得、その逆も同様である。さらに、要素は、正確な縮尺で描かれていない場合がある。
【図面の簡単な説明】
【0010】
スパッタ及び過剰な入熱を低減するために、アーク溶接プロセスにおいて溶融金属液滴の生成及び移送を行うように構成された溶接システムの一実施形態を示す。
本発明の一実施形態に従い、図1の溶接システムによって生成される溶接波形及びワイヤ送給速度(WFS)波形の様々な部分を示す。
スパッタ及び過剰な入熱を低減するために、図1の溶接システム及び図2の波形を使用して、アーク溶接プロセスにおいて溶融金属液滴生成及び移送を行う方法の一実施形態のフローチャートである。
図1の溶接システムで使用することができる消耗溶接電極の平行ワイヤ構成の一実施形態を示す。
図3の方法を行うために図1の溶接システムで使用されるときの、図4Aの消耗溶接電極の平行ワイヤ構成の各段階の一例示的実施形態を示す。
図3の方法を行うために図1の溶接システムで使用されるときの、図4Aの消耗溶接電極の平行ワイヤ構成の各段階の一例示的実施形態を示す。
図3の方法を行うために図1の溶接システムで使用されるときの、図4Aの消耗溶接電極の平行ワイヤ構成の各段階の一例示的実施形態を示す。
図3の方法を行うために図1の溶接システムで使用されるときの、図4Aの消耗溶接電極の平行ワイヤ構成の各段階の一例示的実施形態を示す。
図3の方法を行うために図1の溶接システムで使用されるときの、図4Aの消耗溶接電極の平行ワイヤ構成の各段階の一例示的実施形態を示す。
例えば、図1の溶接システムで使用することができるコントローラの例示的実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
(【0011】以降は省略されています)

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