數(shù)字化焊機的性能
數(shù)字化焊機是采用電腦芯片控制的焊機。它在焊接性能方面有了質(zhì)的提高，主要原因是：焊接是一個非常復(fù)雜的加工過程，不同的焊接材料、不同的焊絲直徑、不同的保護(hù)氣體、不同的焊接電流、不同的焊接結(jié)構(gòu)、不同的焊接位置、不同的焊接接頭都有不同的焊接技術(shù)和工藝，對焊機的動態(tài)特性和靜態(tài)特性要求都不一樣，所以理想的焊接設(shè)備應(yīng)該根據(jù)不同的焊接場合選用不同的特性和控制方式。常規(guī)焊機的控制是通過一套電路來實現(xiàn)的，無法根據(jù)不同的焊接情況變換不同的控制模型，所以這樣一套控制模型很難滿足所有的焊接場合，這就是因為它的控制模型無法變化的原因。采用數(shù)字化技術(shù)后，焊機具有了智能化功能，它能根據(jù)不同的焊接場合自動從專家數(shù)據(jù)庫中選則最佳焊接程序，實現(xiàn)最佳焊接。比如太原星云的NEBULA系列焊機具有100多套專家數(shù)據(jù)庫，用戶使用時只需輸入工件件材質(zhì)和工件板后就可以了，焊機自動從100多套專家數(shù)據(jù)庫中調(diào)用最佳控制模型，無需用戶設(shè)置細(xì)節(jié)參數(shù)。NEBULA系列焊機采用世界上最高級的專家數(shù)據(jù)庫，涵蓋各種碳鋼、鋁及鋁合金、不銹鋼、銅合金共13種材料，焊接性能居世界先進(jìn)水平。
數(shù)字化焊機的特點
1、安全節(jié)能??焊機具有LVO功能，能有效節(jié)約電能，避免空載電壓電擊傷人，符合歐洲危險場合作業(yè)安全要求。
2、網(wǎng)絡(luò)和自動化焊接??隨著網(wǎng)絡(luò)和自動化技術(shù)的發(fā)展，越來越多的企業(yè)要求其各類設(shè)備能連接成一個網(wǎng)絡(luò)，能集中監(jiān)測和控制，實現(xiàn)自動化作業(yè)。這兩年焊接領(lǐng)域用機器人替代人工焊接的趨勢發(fā)展得很快，這種應(yīng)用場合只有數(shù)字化焊機才可能勝任。
3、可靠性高??數(shù)字化焊機采用高速DSP控制，能夠及時發(fā)現(xiàn)和糾正主變偏磁，有效避免了焊機因主變偏磁而損壞，大大提高了其可靠性；具備欠壓、過壓及過熱保護(hù)功能；IGBT與風(fēng)道隔離，避免了淋雨、灰塵等損壞焊機。此外，由于采用數(shù)字化技術(shù)，大大減少了元器件數(shù)量，提高了電路的可靠性。
4、控制精確度高??模擬控制的精度一般由元件參數(shù)值引起的誤差和運算放大器非理想特性參數(shù)引起的誤差所決定，很難做到高精度控制。而數(shù)字化控制的精度僅僅與模-數(shù)轉(zhuǎn)化的量化誤差及系統(tǒng)有限字長有關(guān)，因此數(shù)字化控制可以獲得很高的精度。特別是對于像脈沖氣保這樣先進(jìn)的焊接方式，對電弧能量控制要求非常嚴(yán)格，要實現(xiàn)無飛濺、短弧、低熱輸入量的目的，必須精確控制每個脈沖的電流電壓，真正實現(xiàn)一脈一滴基值過渡。Nebula500D系列焊機的電流誤差<1A,電壓誤差<1V,時間誤差<1微秒，很好地實現(xiàn)了脈沖過渡。
5、動態(tài)響應(yīng)速度快??新型的數(shù)字化焊機大都采用了高頻軟開關(guān)技術(shù)，大大提高了焊機的動態(tài)相應(yīng)速度，比如FRONIUS的TPS5000焊機逆變頻率高達(dá)70KHZ，動態(tài)相應(yīng)速度很快，動態(tài)速度的提高極大地提升了焊機的焊接性能，使FRONIUS成為全世界公認(rèn)的焊接性能最好的數(shù)字化焊機。星云最新研制的NEBULA500D系列焊機采用了100KHZ的高頻軟開關(guān)技術(shù)和自適應(yīng)控制技術(shù)，其動態(tài)相應(yīng)速度大大提高，脈寬調(diào)節(jié)從最小到最大只需20微秒，是目前世界上調(diào)節(jié)速度最快的焊機。
6、功能豐富??傳統(tǒng)焊機的功能是靠許多模擬和邏輯電路來實現(xiàn)的，每增加一種功能都要增加很多元器件，要具備兩種以上的功能就需要很多電路板，這樣不僅會大幅度提高焊機成本，而且焊機的性能和可靠性會隨元器件的增加而急劇下降，所以傳統(tǒng)焊機很難將多種焊接功能綜合的一臺焊機中。數(shù)字化焊機的功能是靠軟件來實現(xiàn)的，增加焊機功能只需改變其軟件即可，各功能模塊相互獨立，增加新功能完全不影響原有功能和性能，所以數(shù)字化焊機功能可以做的很豐富。比如Nebula系列焊機具有藥皮手工焊、直流氬弧焊、脈沖氬弧焊、氬弧點焊、氣保焊（CO2,MIG,MAG）、脈沖氣保焊、雙脈沖氣保焊和碳弧氣刨八種焊接方式。
每種功能都具有很多可調(diào)參數(shù)，用戶既可以采用系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)非常方便地設(shè)置焊機，也可以根據(jù)不同的焊接要求精細(xì)地調(diào)整焊機，使之達(dá)到最佳焊接效果。
7、產(chǎn)品一致性好、性能穩(wěn)定可靠??傳統(tǒng)焊機的構(gòu)成特點決定了它的性能特點完全依靠各元器件的參數(shù)，元器件參數(shù)的不一致直接導(dǎo)致焊機性能的不一致，而任何廠家生產(chǎn)的元器件都不可能保證其參數(shù)完全一致，所以經(jīng)常出現(xiàn)同一品牌的焊機一臺和一臺不一樣的問題。另外，元器件的參數(shù)都會隨溫度、濕度等環(huán)境的變化而變化，所以焊機性能會出現(xiàn)時好時壞的現(xiàn)象。??數(shù)字化電路的特點是對元器件參數(shù)變化不敏感，比如一個輸入或輸出電阻從1K變化到10K都不會影響焊機的性能。所以數(shù)字化焊機的一致性、穩(wěn)定性遠(yuǎn)比傳統(tǒng)焊機要好。
8、優(yōu)良的焊接性能??對于如何提高焊接性能國內(nèi)外專家作了很多工作，提出了很多優(yōu)秀的數(shù)學(xué)控制模型，但這些復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型很難在傳統(tǒng)模擬焊機上實現(xiàn)，因為這需要非常復(fù)雜的電路，所以長期以來一直停留在理論階段。數(shù)字化焊機的出現(xiàn)使得這些數(shù)學(xué)模型很容易在焊機上實現(xiàn)。NEBULA系列數(shù)字化焊機采用了世界最先進(jìn)的控制模型，焊接性能達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
9、權(quán)威的焊接專家數(shù)據(jù)庫??數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用使得焊機成為了一臺智能設(shè)備，可以象計算機一樣具有數(shù)據(jù)庫功能，能把很多焊接專家的經(jīng)驗存儲到數(shù)據(jù)庫中，使普通焊工很容易焊出專家的焊接水平。尤其是一些先進(jìn)的焊接方式，需要調(diào)節(jié)的參數(shù)很多，如果由用戶自己去匹配這么多參數(shù)是一件很困難的是，所以專家數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為了數(shù)字化焊機最突出的優(yōu)點。Nebula500D系列焊機內(nèi)置100套專家數(shù)據(jù)庫，適應(yīng)的材料有鋁、鋁鎂合金、鋁硅合金、銅硅合金、銅鋁合金、不銹鋼307、不銹鋼308、不銹鋼藥芯焊絲、碳鋼、堿性藥芯焊絲、酸性藥芯焊絲、鐵粉芯藥芯焊絲等，特別適合于焊接質(zhì)量要求高的軍工、機車、鋼結(jié)構(gòu)、造船、有色金屬焊接等領(lǐng)域。
數(shù)字化焊機的發(fā)展趨勢
趨勢判斷和需求分析
2l世紀(jì)制造業(yè)趨于全球化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、虛擬化、異地化、數(shù)字化，計算機、信息技術(shù)的快速發(fā)展將促進(jìn)制造領(lǐng)域逐漸與其融合，焊接作為制造領(lǐng)域中重要的材料加工和結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)力，也正在與信息技術(shù)緊密結(jié)合，由于焊接過程的多變性和復(fù)雜性，利用數(shù)字化技術(shù)，使焊接設(shè)備從簡單的機電產(chǎn)品變成一種精密加工儀器，將是焊接設(shè)備發(fā)展方向。
焊機的數(shù)字化包括兩方面的內(nèi)容。一是主電路的數(shù)字化，另一個是控制電路的數(shù)字化。
逆變技術(shù)的出現(xiàn)為焊機的主電路數(shù)字化提供了條件。焊接電源從模擬式焊機發(fā)展到逆變式焊機，實際上是完成了主電路從模擬到數(shù)字化的跨越。焊接電源主電路的數(shù)字化使得焊接電源至少在兩方面的性能得到了提高：①焊接電源的功率損耗大大減少，使得焊接電源的效率達(dá)到90%以上。②隨著工作頻率的提高，回路輸出電流的紋波更小，響應(yīng)速度更快，因此焊機可以獲得更好的動態(tài)響應(yīng)特性。
的ELTRON，日本的大坂變壓器公司等國際著名的焊接設(shè)備公司都相繼推出了各自的弧焊逆變器產(chǎn)品。1981年在德國埃森舉辦的世界焊接與切割博覽會上，首次展出了4個廠家的晶閘管式和晶體管式弧焊逆變器，主要用于焊條電弧焊、低壓引弧式鎢極氨弧焊和CO2氣體保護(hù)焊，最大電流為350A。到了1989年在同樣的博覽會上已有30多個廠家展出弧焊逆變器。除場效應(yīng)管式、晶體管式弧焊逆變器以較大的比例增長之外，開始出現(xiàn)IGBT式弧焊逆變器，最大容量500A，其用途進(jìn)一步擴展到等離子切割等領(lǐng)域。
1993年，在德國埃森國際焊接與切割博覽會上，展出了各種規(guī)格和用途的弧焊逆變器，其應(yīng)用范圍包括手工電弧焊、TIG焊、MIG/MAG焊、C02焊等。容量在130-630A之間，逆變頻率為2-2OkHz。其中，額定電流130A，負(fù)載持續(xù)率35%的場效應(yīng)管式強焊逆變器，重量僅有4Kg，逆變頻率為100-130KHz。
據(jù)調(diào)查，到1996年日本日立公司IGBT逆變焊機已占其生產(chǎn)的MIG/MAG焊機的70%，占TIG焊機的95%以上，占切割機的100%。IGBT式逆變焊接電源將成為未來逆變焊機的發(fā)展方向。
在我國，弧焊逆變器的發(fā)展是十分快的，前景也十分可觀，70年代末我國著手研制晶閘管式弧焊逆變器，80年代初取得初步成果。特力焊接設(shè)備制造有限公司是專業(yè)生產(chǎn)IGBT逆變焊接電源和專用焊接設(shè)備的高科技企業(yè)，在逆變焊機的生產(chǎn)領(lǐng)域在國內(nèi)有很高的知名度。
20世紀(jì)90年代末奧地利Fronius全數(shù)字化焊機進(jìn)入中國市場，數(shù)字化焊機的發(fā)展引起了廣泛的關(guān)注。與模擬控制系統(tǒng)相比，數(shù)字化弧焊電源具有以下顯著特點：
①拓寬功能。電源外特性山軟件靈活控制，容易實現(xiàn)一機多用，對于自動焊機，可以增加焊接參數(shù)預(yù)置、記憶與再現(xiàn)等功能。利用精確的數(shù)字控制，采用電子電抗器和波形控制等技術(shù)能實現(xiàn)高效氣體保護(hù)焊，包括高速焊接和高熔敷率焊接。
②適應(yīng)性強。利用計算機的存儲功能和高速、高精度數(shù)字信號處理技術(shù)，可以使焊機向多功能化和智能化發(fā)展，便于在焊機中引入自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法，進(jìn)行焊接參數(shù)的優(yōu)化、焊接質(zhì)量的控制等。
③操作性好。利用單片機及專用數(shù)字信號處理器的高速計算能力和豐富的外部接口與通訊能力，在引入模糊控制等智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)簡單的焊接參數(shù)一元化調(diào)整，實現(xiàn)逆變焊機的“傻瓜式”操作。
④易于開發(fā)。許多任務(wù)既能通過硬件、也能通過軟件完成，可以用一臺電源為基礎(chǔ)，通過配合不同的控制箱，利用積木方式構(gòu)成不同類型的焊機。焊接電源的開發(fā)周期短、成本也低。
⑤便于升級。同一類型的焊機，功能的改進(jìn)可以只通過軟件設(shè)計來實現(xiàn)，對現(xiàn)今技術(shù)更新特別快的時代，可以大大提高焊機的使用壽命和使用范圍。在為焊接專機配套時，可以靈活改變焊機的性能，便于實現(xiàn)專機專配。
數(shù)字化焊接電源控制系統(tǒng)的研制開發(fā)將為上海威特力焊接設(shè)備制造有限公司系列化高檔焊機生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。同時，由于采用了數(shù)字化控制技術(shù)，焊接電源已不再是單純的焊接能量提供源，還應(yīng)具有數(shù)字操作系統(tǒng)平臺、多特性適應(yīng)調(diào)整、送絲驅(qū)動外設(shè)及接口、焊接參數(shù)動態(tài)自適應(yīng)調(diào)整、過程穩(wěn)定質(zhì)量原評定、保護(hù)及自診斷提示以及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、生產(chǎn)質(zhì)量管理等功能，焊接電源的概念實際上已拓寬為焊接電源系統(tǒng)。因此，在學(xué)術(shù)水平和使用價值方面都具有重要意義。數(shù)字化焊機在國內(nèi)的研究僅處于實驗室階段，但數(shù)字化焊機憑借無與倫比的強大優(yōu)勢，必將成為焊接設(shè)備的主流，是未來之選。
