逆变式焊机的应用与发展（一）

HEATS

　　0前言

4 g- G, U/ R- k2 E G

　　据统计，世界钢产量的一半以上是用焊接工艺把它制成钢制品的。焊接工艺是依靠焊接电源设备来实现的。焊接以电弧焊为主。弧焊已有近百年的历史，早期采用蓄电池作为电源。本世纪20年代初发明的工频变压器式弧焊机和直流弧焊发电机在随后近50年中一直是主要的弧焊设备。

: L7 t& D- {6 c" A

　　1国内外逆变式焊机发展与应用现状

% Y7 i* y$ ?+ T$ b# X& h: ~ 5 w) Q8 l5 e2 A, m

　　现代焊接设备的发展与电力电子技术和器件的发展密切相关。50年代末，功率半导体二极管开始用于焊接电源，所构成的弧焊整流器明显优于弧焊发电机。70年代初，由晶闸管(SCR)构成的可控整流式弧焊机的出现标志着现代电力电子技术开始进入焊接电源设备领域。SCR弧焊机的电气特性和工艺特性优于二极管整流弧焊机，是当时广泛应用的一种重要焊接电源设备。70年代中到80年代中，性能优良的自关断电力电子开关器件：功率晶体管(GTR)，功率场效应管(MOSFET)，绝缘栅晶体管(IGBT)，可关断晶闸管(GTO)等相继出现。70年代末开始出现晶闸管式逆变弧焊机并主要应用于TIG和手工电弧焊，后来又推广到CO2、MAG等焊接方法和切割。1982年，华南理工大学访问学者在德国首先研制成功场效应管式弧焊逆变器，其应用领域从TIG到手工电弧焊、气体保护焊以及切割，促进了焊接设备更新换代的发展。80年代末又出现IGBT式逆变焊机，主要应用于各种电弧焊和切割。以功率晶闸管、晶体管、MOSFET、IGBT等为开关器件的新一代弧焊逆变器，采用高频PWM开关技术和微电子控制技术，淘汰了笨重的工频变压器和笨拙的电磁控制方式。它不仅具有高效节能、体积小、重量轻、多功能、多用途等优点，而且具有良好的动、静态特性和工艺特性。因而，新一代的弧焊逆变器自问世以来，受到广泛的重视，发展迅猛。1989年世界焊接与切割博览会(埃森博览会)上有30多家厂商展出了弧焊逆变器。1993年的埃森会上，绝大多数的厂商都展出了弧焊逆变器及设备。据IIW XIIC 1993年11月所作的调查，逆变式焊机在日、美、欧等地使用的焊机中占17%，其中在气体保护焊和TIG焊中占30%以上。到了1996年，日本日立公司的IGBT逆变焊机已占MIG/MAG焊机的70%，占TIG焊机的95%以上，占切割机的100%，日本松下，大阪变压器公司的逆变式焊机都超过50%。以IGBT，MOSFET等为开关器件的弧焊逆变器，有着广泛的应用前景，是当前国际焊接电源设备发展的主流和方向。

6 F! i$ }+ J1 W

　　在我国，逆变式焊机的研究工作始于80年代初，紧跟国际研究开发的进程，水平差距也不大，已形成三代产品。第一代是以SCR为主开关器件的弧焊逆变器，其逆变频率为2000-5000Hz。第二代是以GTR或MOSFET为主开关器件的弧焊逆变器，其逆变频率为20kHz-50kHz。第三代为IGBT弧焊逆变器，逆变频率为20kHz-30kHz。到90年代初，多个规格的一、二、三代的弧焊逆变器已在多所高校和研究所研究成功，并逐渐进入小批量生产，但大批量生产和大面积推广应用逆变式焊机却比较缓慢。能进行批量生产厂家为数不多，并开始于大约90年代中后期。

3 F0 Z! a+ R( x2 _, C. V5 e0 } ! l3 x* n' J% W1 r5 [1 f4 Q

　　2逆变式焊机的发展方向

# b- a& k) e: V% o, c: }

　　逆变式焊机总的发展趋向是向着大容量、轻量化、高效率、模块化、智能化发展并以提高可靠性、性能及拓宽用途为核心，愈来愈广泛应用于各种弧焊方法、电阻焊、切割等等工艺中。高效和高功率密度(小型化)是国际上弧焊逆变器追求的主要目标之一。高频化和降低主要器件的功耗是实现这一目标的主要技术途径。当前，在日、美、欧等国和地区，20kHz左右的弧焊逆变器技术已经成熟，产品的质量较高且产品已系列化。弧焊逆变技术正朝以下方向发展：

( ~6 G/ J: `2 \( p6 g3 M

　　(1)沿20kHz的技术路线开发研制50kHz，100 kHz级的弧焊逆变器。(2)探讨旨在降低电力电子器件开关功耗，提高开关频率的零电压，零电流开关(软开关)技术，其中包括电路拓扑结构和工程实现。(3)研制和生产大容量的逆变式焊机。(4)研制和生产智能控制的逆变式焊机。(5)研究功率因数校正和减少电网谐振干扰

1 ^, T/ Y8 F* L1 q$ Z3 j$ O 5 C' z; L4 z% m t, E" L& ~