数字化焊机

性能

      数字化焊机是采用电脑芯片控制的焊机。它在焊接性能方面有了质的提高，主要原因是：焊接是一个非常复杂的加工过程，不同的焊接材料、不同的焊丝直径、不同的保护气体、不同的焊接电流、不同的焊接结构、不同的焊接位置、不同的焊接接头都有不同的焊接技术和工艺，对焊机的动态特性和静态特性要求都不一样，所以理想的焊接设备应该根据不同的焊接场合选用不同的特性和控制方式。常规焊机的控制是通过一套电路来实现的，无法根据不同的焊接情况变换不同的控制模型，所以这样一套控制模型很难满足所有的焊接场合，这就是因为它的控制模型无法变化的原因。采用数字化技术后，焊机具有了智能化功能，它能根据不同的焊接场合自动从专家数据库中选则焊接程序，实现焊接。比如太原星云的NEBULA系列焊机具有100多套专家数据库，用户使用时只需输入工件件材质和工件板后就可以了，焊机自动从100多套专家数据库中调用控制模型，无需用户设置细节参数。NEBULA系列焊机采用世界上的专家数据库，涵盖各种碳钢、铝及铝合金、不锈钢、铜合金共13种材料，焊接性能居世界先进水平。

特点

      1、 安全节能   焊机具有LVO功能，能有效节约电能，避免空载电压电击伤人，符合欧洲危险场合作业安全要求。

　　2、 网络和自动化焊接   随着网络和自动化技术的发展，越来越多的企业要求其各类设备能连接成一个网络，能集中监测和控制，实现自动化作业。这两年焊接领域用机器人替代人工焊接的趋势发展得很快，这种应用场合只有数字化焊机才可能胜任。

　　3、 可靠性高   数字化焊机采用高速DSP控制，能够及时发现和纠正主变偏磁，有效避免了焊机因主变偏磁而损坏，大大提高了其可靠性；具备欠压、过压及过热保护功能；IGBT与风道隔离，避免了淋雨、灰尘等损坏焊机。此外，由于采用数字化技术，大大减少了元器件数量，提高了电路的可靠性。

　　4、 控制精确度高   模拟控制的精度一般由元件参数值引起的误差和运算放大器非理想特性参数引起的误差所决定，很难做到高精度控制。而数字化控制的精度仅仅与模-数转化的量化误差及系统有限字长有关，因此数字化控制可以获得很高的精度。特别是对于像脉冲气保这样先进的焊接方式，对电弧能量控制要求非常严格，要实现无飞溅、短弧、低热输入量的目的，必须精确控制每个脉冲的电流电压，真正实现一脉一滴基值过渡。Nebula 500D系列焊机的电流误差<1A,电压误差<1V,时间误差<1微秒，很好地实现了脉冲过渡。

　　5、 动态响应速度快   新型的数字化焊机大都采用了高频软开关技术，大大提高了焊机的动态相应速度，比如FRONIUS的TPS5000焊机逆变频率高达70KHZ，动态相应速度很快，动态速度的提高极大地提升了焊机的焊接性能，使FRONIUS成为全世界公认的焊接性能的数字化焊机。星云研制的NEBULA 500D系列焊机采用了100KHZ的高频软开关技术和自适应控制技术，其动态相应速度大大提高，脉宽调节从最小到只需20微秒，是目前世界上调节速度最快的焊机。

　　6、 功能丰富   传统焊机的功能是靠许多模拟和逻辑电路来实现的，每增加一种功能都要增加很多元器件，要具备两种以上的功能就需要很多电路板，这样不仅会大幅度提高焊机成本，而且焊机的性能和可靠性会随元器件的增加而急剧下降，所以传统焊机很难将多种焊接功能综合的一台焊机中。数字化焊机的功能是靠软件来实现的，增加焊机功能只需改变其软件即可，各功能模块相互独立，增加新功能完全不影响原有功能和性能，所以数字化焊机功能可以做的很丰富。比如Nebula系列焊机具有药皮手工焊、直流氩弧焊、脉冲氩弧焊、氩弧点焊、气保焊（CO2,MIG,MAG）、脉冲气保焊、双脉冲气保焊和碳弧气刨八种焊接方式。每种功能都具有很多可调参数，用户既可以采用系统默认的参数非常方便地设置焊机，也可以根据不同的焊接要求精细地调整焊机，使之达到焊接效果。

　　7、 产品一致性好、性能稳定可靠   传统焊机的构成特点决定了它的性能特点完全依靠各元器件的参数，元器件参数的不一致直接导致焊机性能的不一致，而任何厂家生产的元器件都不可能保证其参数完全一致，所以经常出现同一品牌的焊机一台和一台不一样的问题。另外，元器件的参数都会随温度、湿度等环境的变化而变化，所以焊机性能会出现时好时坏的现象。   数字化电路的特点是对元器件参数变化不敏感，比如一个输入或输出电阻从1K变化到10K都不会影响焊机的性能。所以数字化焊机的一致性、稳定性远比传统焊机要好。

　　8、 优良的焊接性能   对于如何提高焊接性能国内外专家作了很多工作，提出了很多的数学控制模型，但这些复杂的数学模型很难在传统模拟焊机上实现，因为这需要非常复杂的电路，所以长期以来一直停留在理论阶段。数字化焊机的出现使得这些数学模型很容易在焊机上实现。NEBULA系列数字化焊机采用了世界的控制模型，焊接性能达到了世界先进水平。

　　9、 权威的焊接专家数据库   数字化技术的应用使得焊机成为了一台智能设备，可以象计算机一样具有数据库功能，能把很多焊接专家的经验存储到数据库中，使普通焊工很容易焊出专家的焊接水平。尤其是一些先进的焊接方式，需要调节的参数很多，如果由用户自己去匹配这么多参数是一件很困难的是，所以专家数据库已经成为了数字化焊机最突出的优点。Nebula 500D系列焊机内置100套专家数据库，适应的材料有铝、铝镁合金、铝硅合金、铜硅合金、铜铝合金、不锈钢307、不锈钢308、不锈钢药芯焊丝、碳钢、碱性药芯焊丝、酸性药芯焊丝、铁粉芯药芯焊丝等，特别适合于焊接质量要求高的军工、机车、钢结构、造船、有色金属焊接等领域。

发展趋势

      趋势判断和需求分析

　　2l世纪制造业趋于全球化、网络化、集成化、虚拟化、异地化、数字化，计算机、信息技术的快速发展将促进制造领域逐渐与其融合，焊接作为制造领域中重要的材料加工和结构。生产力，也正在与信息技术紧密结合，由于焊接过程的多变性和复杂性，利用数字化技术，使焊接设备从简单的机电产品变成一种精密加工仪器，将是焊接设备发展方向。

　　焊机的数字化包括两方面的内容。一是主电路的数字化，另一个是控制电路的数字化。

　　逆变技术的出现为焊机的主电路数字化提供了条件。焊接电源从模拟式焊机发展到逆变式焊机，实际上是完成了主电路从模拟到数字化的跨越。焊接电源主电路的数字化使得焊接电源至少在两方面的性能得到了提高：①焊接电源的功率损耗大大减少，使得焊接电源的效率达到90%以上。②随着工作频率的提高，回路输出电流的纹波更小，响应速度更快，因此焊机可以获得更好的动态响应特性。

　　早在70年代初逆变器已应用于中频加热领域。1982年瑞典ESAB公司率先推出了晶闸管弧焊逆变器产品之后，美国的Lincoln、Miller、Powcon公司，芬兰的Kemppi，瑞士的ELTRON，日本的大坂变压器公司等国际着名的焊接设备公司都相继推出了各自的弧焊逆变器产品。1981年在德国埃森举办的世界焊接与切割博览会上，首次展出了4个厂家的晶闸管式和晶体管式弧焊逆变器，主要用于焊条电弧焊、低压引弧式钨极氨弧焊和CO2气体保护焊，电流为350A。到了1989年在同样的博览会上已有30多个厂家展出弧焊逆变器。除场效应管式、晶体管式弧焊逆变器以较大的比例增长之外，开始出现IGBT式弧焊逆变器，容量500A，其用途进一步扩展到等离子切割等领域。

　　1993年，在德国埃森国际焊接与切割博览会上，展出了各种规格和用途的弧焊逆变器，其应用范围包括手工电弧焊、TIG焊、MIG/MAG焊、C02焊等。容量在130-630A之间，逆变频率为2-2OkHz。其中，额定电流130A，负载持续率35%的场效应管式强焊逆变器，重量仅有4Kg，逆变频率为100-130KHz。

　　据调查，到1996年日本日立公司IGBT逆变焊机已占其生产的MIG/MAG焊机的70%，占TIG焊机的95%以上，占切割机的100%。IGBT式逆变焊接电源将成为未来逆变焊机的发展方向。

　　在我国，弧焊逆变器的发展是十分快的，前景也十分可观，70年代末我国着手研制晶闸管式弧焊逆变器，80年代初取得初步成果。特力焊接设备制造有限公司是生产IGBT逆变焊接电源和专用焊接设备的高科技企业，在逆变焊机的生产领域在国内有很高的知名度。

　　20世纪90年代末奥地利Fronius全数字化焊机进入中国市场，数字化焊机的发展引起了广泛的关注。与模拟控制系统相比，数字化弧焊电源具有以下显着特点：

　　①拓宽功能。电源外特性山软件灵活控制，容易实现一机多用，对于自动焊机，可以增加焊接参数预置、记忆与再现等功能。利用精确的数字控制，采用电子电抗器和波形控制等技术能实现高效气体保护焊，包括高速焊接和高熔敷率焊接。

　　②适应性强。利用计算机的存储功能和高速、高精度数字信号处理技术，可以使焊机向多功能化和智能化发展，便于在焊机中引入自适应控制、模糊控制、神经网络控制等现代控制方法，进行焊接参数的优化、焊接质量的控制等。

　　③操作性好。利用单片机及专用数字信号处理器的高速计算能力和丰富的外部接口与通讯能力，在引入模糊控制等智能控制技术的基础上可以实现简单的焊接参数一元化调整，实现逆变焊机的“傻瓜式”操作。

　　④易于开发。许多任务既能通过硬件、也能通过软件完成，可以用一台电源为基础，通过配合不同的控制箱，利用积木方式构成不同类型的焊机。焊接电源的开发周期短、成本也低。

　　⑤便于升级。同一类型的焊机，功能的改进可以只通过软件设计来实现，对现今技术更新特别快的时代，可以大大提高焊机的使用寿命和使用范围。在为焊接专机配套时，可以灵活改变焊机的性能，便于实现专机专配。

　　数字化焊接电源控制系统的研制开发将为上海威特力焊接设备制造有限公司系列化焊机生产奠定基础。同时，由于采用了数字化控制技术，焊接电源已不再是单纯的焊接能量提供源，还应具有数字操作系统平台、多特性适应调整、送丝驱动外设及接口、焊接参数动态自适应调整、过程稳定质量原评定、保护及自诊断提示以及远程网络监控、生产质量管理等功能，焊接电源的概念实际上已拓宽为焊接电源系统。因此，在学术水平和使用价值方面都具有重要意义。数字化焊机在国内的研究仅处于实验室阶段，但数字化焊机凭借无与伦比的强大优势，必将成为焊接设备的主流，是未来之星