焊接逆變電源的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀

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1 前言

　　焊接電源的制造已有100多年的發(fā)展歷史酥诽，進(jìn)入20世紀(jì)60年代之后，硅整流元件皱埠、大功率晶體管(GTR）肮帐、場效應(yīng)管（MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等器件的相繼出現(xiàn)番搅，集成電路技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展代徒，為電子焊接電源的發(fā)展提供了更廣闊的空間，其中最引人注目的是逆變焊接電源瘸拳。

　　逆變焊接電源體積小昔黍、重量輕穗俩、節(jié)能省材，而且控制性能好兆送，動態(tài)響應(yīng)快恒焕，易于實(shí)現(xiàn)焊接過程的實(shí)時控制，在性能上具有很大的潛在優(yōu)勢棺距。從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看余二，逆變焊接電源是焊接電源的發(fā)展方向，國外逆變焊機(jī)的發(fā)展也充分說明這一點(diǎn)榴蜻。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)國家秕肌，手工電弧焊/TIG焊/MIG/MAG焊已經(jīng)廣泛采用逆變電源。世界上幾家主要焊機(jī)制造廠商都已經(jīng)完成了逆變焊機(jī)產(chǎn)品系列化瞎喉，并以此作為技術(shù)水平的標(biāo)志之一好唯。

2 焊接逆變電源的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

　　逆變電源被稱為明天的電源，其在焊接設(shè)備中的應(yīng)用為焊接設(shè)備的發(fā)展帶來了革命性的變化燥翅。首先骑篙，逆變式焊接電源與工頻焊接電源比節(jié)能20％～30％，效率可達(dá)80％～90％森书；其次靶端，逆變式焊接電源體積小、重量輕凛膏，整機(jī)重量僅為傳統(tǒng)工頻整流焊接電源的1/5～1/10杨名，減少材料消耗80％～90％。特別是逆變焊接電源有著動態(tài)反應(yīng)速度快的優(yōu)勢猖毫，其動態(tài)反應(yīng)速度比傳統(tǒng)工頻整流焊接電源提高了2～3個數(shù)量級台谍，有利于實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動化和智能控制。這些都預(yù)示著逆變焊接電源有著廣泛的應(yīng)用前景和市場潛力吁断。目前趁蕊，日本松下公司、大阪變壓器公司的電弧焊機(jī)中仔役，逆變焊機(jī)都超過了50％妒贞。美國的主要焊機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的逆變焊機(jī)已經(jīng)超過了30％。其他工業(yè)發(fā)達(dá)國家逆變焊接電源的發(fā)展速度也很快痪猛。

　　我國逆變焊機(jī)的研究開發(fā)起步于20世紀(jì)70年代末期占赤，于20世紀(jì)80年代開始發(fā)展居截。1982年算换，成都電焊機(jī)研究所開始了對晶閘管逆變式弧焊整流器的研究，于1983年研制出我國第一臺商品化的ZX7-250逆變式弧焊電源六呼，并通過了該項目的部級鑒定客惨。隨后尘腕，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)践赁、華南理工大學(xué)和時代公司等單位相繼推出了采用各種開關(guān)元件的逆變式焊機(jī)∶恚現(xiàn)在，我國逆變焊機(jī)電源已形成4代產(chǎn)品：第一代是以可控硅SCR為主攻率器件的逆變器胧扇；第二代是晶體管逆變器五逢；第三代是場效應(yīng)管逆變器；第四代是IGBT逆變器牢贸，其逆變頻率高竹观，飽和壓降低，功耗小潜索，效率高臭增，無噪聲，與前3代逆變器相比竹习，優(yōu)勢更明顯誊抛。

3 逆變電源的發(fā)展方向

　　逆變電源總的發(fā)展趨向是向著大容量、輕量化整陌、高效率拗窃、模塊化、智能化發(fā)展并以提高可靠性蔓榄、性能及拓寬用途為核心并炮，愈來愈廣泛應(yīng)用于各種弧焊方法、電阻焊甥郑、切割等工藝中逃魄。高效和高功率密度（小型化）是國際弧焊逆變器追求的主要目標(biāo)自之一。高頻化和降低主要器件的功耗是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要技術(shù)途徑澜搅。當(dāng)前窄兜，在日、歐等國和地區(qū)屋犯，20KHz左右的弧焊逆變器技術(shù)已經(jīng)成熟恤兴，產(chǎn)品的質(zhì)量較高且產(chǎn)品已系列化。

4 存在問題

　』凇（1）質(zhì)量方面：逆變式焊機(jī)雖然在某些場合替代了弧焊整流器闽但，但其可靠性與一般手弧焊機(jī)相比仍有差距。目前制約國產(chǎn)逆變式焊機(jī)推廣和廣泛應(yīng)用的主要因素是焊機(jī)的可靠性账阳。國外某些著名的電焊機(jī)生產(chǎn)廠對逆變焊機(jī)的不斷改進(jìn)阁喉，使它的可靠性已接近一般電焊機(jī)的故障率，即1%左右。另外一個問題是與國外相比噪设，設(shè)備碗挟、儀器、工具乔墙、工裝竞谒、檢測手段、人員素質(zhì)以及原材料元器件水平的差距腔召，都使焊機(jī)的可靠性無從保障杆查，返修率較高。

　⊥沃搿（2）科研開發(fā)方面：逆變焊機(jī)發(fā)展的廣闊前景吸引了眾多大專院校和研究所根灯。但是由于逆變焊接電源強(qiáng)電和弱電相結(jié)合，在研制時采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法不但要消耗大量的人力掺栅、物力和時間烙肺，且有些問題是實(shí)驗(yàn)方法難以發(fā)現(xiàn)和解決的。因此需要提出新的設(shè)計方法和手段氧卧。

5 對策

　　逆變式焊機(jī)存在可靠性和質(zhì)量問題桃笙，究其原因主要有：（1）技術(shù)不成熟，新產(chǎn)品開發(fā)力量不足沙绝；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝結(jié)構(gòu)安排和布線不合理搏明，保護(hù)環(huán)節(jié)沒有達(dá)到優(yōu)化配合；（3）質(zhì)量保證體系不完善闪檬，檢測測試手段落后星著；（4）原材料元器件（如IGBT、MOSFYT坐署、磁芯材料等）制造質(zhì)量不可靠良稽；（5）生產(chǎn)規(guī)模小，未能使用生產(chǎn)線和模具進(jìn)行組裝調(diào)試玻岳。

　　為此建議如下對策來解決：

　∥肓选（1）抓緊人才開發(fā)和國外信息收集,加強(qiáng)專用、成套設(shè)備科研測試基地的建設(shè)别孵，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和性能声碴；

　　（2）理論計算和試驗(yàn)校正相結(jié)合葛窜，使決定可靠性和質(zhì)量高低的關(guān)鍵性主電路設(shè)計和保護(hù)環(huán)節(jié)優(yōu)化配合盡可能合理扫应，最好采用計算機(jī)仿真和CAD,既可節(jié)省設(shè)計和制造調(diào)試逆變器的時間，又可減少逆變主電路元器件的燒損珊侍。

　『鲲酢（3）提高職工隊伍素質(zhì)，完善檢測手段。通過電子功率器件的特性測試儀盲如，對關(guān)鍵性的器件（IGBT|、快速二極管等）進(jìn)行認(rèn)真檢測和挑選敲霍、匹配俊马。利用電路板專用測試儀對元器件和整機(jī)進(jìn)行老化和測試試驗(yàn)。

　〖玷尽（4）盡可能擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模柴我，以便使用生產(chǎn)線、自動操作機(jī)扩然、模具等先進(jìn)手段艘儒，確保產(chǎn)品制造工藝的一致性和準(zhǔn)確性，從而確保每臺產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性夫偶。

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電源 MAG 整流場效應(yīng)管逆變器焊接設(shè)備

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