弧焊技術(shù)是現(xiàn)代焊接技術(shù)的重要組成部分,其應(yīng)用范圍幾乎涵蓋了所有的焊接生產(chǎn)領(lǐng)域。電弧焊作為一種基本的金屬處理方法,被廣泛的運(yùn)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門,為電弧焊提供能量的弧焊電源從誕生起已取得了很大的發(fā)展。


1　弧焊電源發(fā)展歷程 　　


作為一種氣體導(dǎo)電的物理現(xiàn)象,電弧是在19世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn)的,直到1885年俄國(guó)人別那爾道斯發(fā)明碳極電弧可以看作是電弧作為熱源應(yīng)用的創(chuàng)始,而電弧真正運(yùn)用于工業(yè)是在1892年發(fā)現(xiàn)金屬極電弧后。上世紀(jì)40年代研究成功埋弧焊,而隨著航天與原子能的發(fā)展出現(xiàn)了氬弧焊。上世紀(jì)50年代出現(xiàn)了CO2與各種氣體保護(hù)焊并研究出等離子弧焊,到70 - 80年代,弧焊電源的發(fā)展更是出現(xiàn)飛躍:多種型式的弧焊整流器相繼出現(xiàn)和完善,研制成功多種型式的脈沖弧焊電源,為進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和適應(yīng)全位置焊接自動(dòng)化提供了性能優(yōu)良的弧焊電源。此外,還先后研制成功高效節(jié)能,性能好,晶閘管式、晶體管式、場(chǎng)效應(yīng)管式和IGBT弧焊逆變器。隨著新型弧焊技術(shù)的發(fā)展,弧焊電源也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。


2　弧焊電源的分類、特點(diǎn)及運(yùn)用


2. 1 弧焊電源的分類


　弧焊電源的分類無論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都有不同的分類方法,因此其結(jié)果也不盡相同,本文采用陳祝年的分類方法。


2. 2　各種弧焊電源的特點(diǎn)及運(yùn)用


弧焊變壓器,它把網(wǎng)路電壓的交流電變成適宜于弧焊的低壓交流電,由主變壓器及所需的調(diào)節(jié)部分和指示裝置等組成.


它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易造易修、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn),但其電流波形為正弦波,輸出為交流下降外特性,電弧穩(wěn)定性較差,功率因數(shù)低,但磁偏吹現(xiàn)象很少產(chǎn)生,空載損耗小,一般應(yīng)用于手弧焊埋、弧焊和鎢極氬弧焊等方法。


　 矩形波交流弧焊電源,它采用半導(dǎo)體控制技術(shù)來獲得矩形波交流電流,其電弧穩(wěn)定性好,可調(diào)參數(shù)多,功率因數(shù)高。它除了用于交流鎢極氬弧焊(TIG)外,還可用于埋弧焊,甚至可代替直流弧焊電源用于堿性焊條手弧焊.


直流弧焊發(fā)電機(jī),一般由特種直流發(fā)電機(jī)和獲得所需外特性的調(diào)節(jié)裝置等組成.它的缺點(diǎn)是空載損耗較大、磁偏吹現(xiàn)象較明顯、效率低、噪聲大、造價(jià)高、維修難;優(yōu)點(diǎn)是過載能力強(qiáng)、輸出脈動(dòng)小,可用于各種弧焊方法的電源,也可用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)用于沒有電源的野外施工。弧焊整流器,它是把交流電經(jīng)降壓整流后獲得直流電的,外特性可以是平的或下降的,它由主變壓器、半導(dǎo)體整流元件以及獲得所需外特性的調(diào)節(jié)裝置等組成. 與直流弧焊發(fā)電機(jī)比較,它具有制造方便、價(jià)格低、空載損耗小、噪聲小等優(yōu)點(diǎn),而且大多數(shù)可以遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié),能自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓、電流的影響,但有磁偏吹現(xiàn)象.它可作為各種弧焊方法的電源。


弧焊逆變器,它把單相(或三相)交流電經(jīng)整流后,由逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)閹装僦翈兹f赫茲的中頻交流電,經(jīng)降壓后輸出交流或直流電. 整個(gè)過程由電子電路控制,使電源具有符合需要的外特性和動(dòng)特性. 它具有高效節(jié)電、質(zhì)量輕、體積小、功率因數(shù)高、控制性能好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快易于實(shí)現(xiàn)焊接過程的實(shí)時(shí)控制、焊接性能好等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),可用于各種弧焊方法,是一種最有發(fā)展前途的普及型弧焊電源。脈沖弧焊電源,焊接電流以低頻調(diào)制脈沖方式饋送,一般是由普通的弧焊電源與脈沖發(fā)生電路組成,也有其他結(jié)構(gòu)形式. 它具有效率高,輸入線能量較小,可在較寬范圍內(nèi)控制線能量等優(yōu)點(diǎn)。這種弧焊電源用于對(duì)熱輸入量比較敏感的高合金材料薄板和全位置焊接,具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

3　弧焊電源技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展


3.1　弧焊電源技術(shù)的現(xiàn)狀


傳統(tǒng)的弧焊電源,如占焊機(jī)總產(chǎn)量90%的手弧焊機(jī)生產(chǎn)中,是以技術(shù)落后的矩形動(dòng)鐵式和大量耗材的動(dòng)圈式交流弧焊機(jī)為主。在我國(guó)直流弧焊電源中,在國(guó)家三令五申下,雖已逐步減少了電力拖動(dòng)的旋轉(zhuǎn)式直流弧焊發(fā)電機(jī)的生產(chǎn),但未能完全禁絕。對(duì)整流式弧焊電源的推廣,也是較為困難,由于老式的硅整流弧焊電源的性能難以與旋轉(zhuǎn)式直流弧焊電源相匹敵,而國(guó)家重點(diǎn)推廣的晶閘管整流電源ZX5 -250、ZX5 - 400初期性能并不穩(wěn)定,使用戶無所適從,這一局面直到90年代中期才得到改變。


數(shù)字化弧焊技術(shù)是一種新興的技術(shù),數(shù)字化弧焊電源是指焊機(jī)主要的控制電路由數(shù)字控制技術(shù)替代傳統(tǒng)的模擬控制技術(shù),且在控制電路中的控制信號(hào)也由模擬信號(hào)過渡到0 /1編碼的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)相比有著明顯的優(yōu)勢(shì),數(shù)字系統(tǒng)具有系統(tǒng)靈活性好、控制精度高、穩(wěn)定性與產(chǎn)品一致性好、接口兼容性好以及系統(tǒng)功能升級(jí)方便等特點(diǎn)。1994年,國(guó)外Fronius公司的Lahnsteiner.Robert指出,現(xiàn)代GMAW焊接電源應(yīng)滿足多方面的不同需求,如:適合于短路過渡焊接、脈沖焊接、射流過渡焊接和高熔敷率焊接等焊接工藝,合理的焊接電源外特性可以通過原邊工作于開關(guān)狀態(tài)的逆變電源實(shí)現(xiàn);大量的焊接規(guī)范參數(shù)的設(shè)計(jì)必須實(shí)現(xiàn)Synergic控制(一元化控制)以使焊接電源便于操作;為滿足新的質(zhì)量控制要求,焊接電源必須實(shí)時(shí)記錄焊接規(guī)范參數(shù)、識(shí)別偏差量 ?；谏鲜鏊枷?伴隨著新型的功能強(qiáng)大的數(shù)字信息處理器DSP的出現(xiàn),Fronius公司推出了全數(shù)字化焊接電源,隨后Panosonic等公司也推出了各自的數(shù)字化焊接電源產(chǎn)品,并相繼進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。數(shù)字化焊接電源實(shí)現(xiàn)了柔性化控制和多功能集成,具有控制精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、產(chǎn)品一致性好、功能升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn) 。如Fronius公司的Transplus synergic 2700 /4000 /5000系列產(chǎn)品在一臺(tái)焊機(jī)上實(shí)現(xiàn)了MIG/MAG、TIG和手工電弧焊等多種焊接方法,可存儲(chǔ)近80個(gè)焊接程序,實(shí)時(shí)顯示焊接規(guī)范參數(shù),通過單旋鈕給定焊接規(guī)范參數(shù)和電流波形參數(shù),可以實(shí)現(xiàn)熔滴過渡和弧長(zhǎng)變化的精確控制,同時(shí),此類焊接電源還可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工藝管理和控制軟件升級(jí)。


3. 2　弧焊電源技術(shù)發(fā)展


弧焊電源從誕生到目前已經(jīng)歷了一百多年的歷史,它總是隨著科技的進(jìn)步而發(fā)展。預(yù)計(jì)未來的弧焊電源將朝著這幾方面發(fā)展:


其一,數(shù)字化弧焊電源。從硬件電路角度看,數(shù)字化電源借助DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了PID控制器和PWM信號(hào)發(fā)生電路的數(shù)字化。隨著實(shí)現(xiàn)了模擬電路和數(shù)字電路有機(jī)結(jié)合的混模電路的出現(xiàn),預(yù)計(jì)不久的將來分立式的模擬電路將逐步為高度集成的數(shù)字化混模電路所取代。而焊接電源和功率模塊的設(shè)計(jì)制造也可根據(jù)需要以數(shù)字化的方式完成。焊接電源的能量控制由電流、電壓、時(shí)間的協(xié)同方式來完成,具體表現(xiàn)為輸出波形的數(shù)字化。


其二,綠色弧焊電源。早在2000年就有人提出綠色焊機(jī)的概念,綠色焊接是在全球資源與能源日漸緊缺,人民的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)的情況下提出的。節(jié)能環(huán)保的綠色焊機(jī)必是未來焊機(jī)弧焊電源的研制發(fā)展方向。

4　結(jié)語

近年來隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈,提高焊接生產(chǎn)的生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化越來越得到焊接生產(chǎn)企業(yè)的重視。而人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、數(shù)字化信息處理技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)的溶入,也促使弧焊技術(shù)正向著焊接工藝高效化、焊接電源控制數(shù)字化、焊接質(zhì)量控制智能化、焊接生產(chǎn)過程機(jī)器人化的方向發(fā)展,弧焊設(shè)備也向著智能化發(fā)展、機(jī)器人化發(fā)展。本文綜述的內(nèi)容只是其中很少一部分,希望能夠起到促進(jìn)交流,共同提高的作用。