逆变焊机中数字化控制技术的应用
介绍KE
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10通道焊接条件存储调用
工事必达
KE-350/500 技术参数
型号 波形控制方式 时序控制方式 保护气体
气体检查时间 提前送气时间 滞后停气时间 点焊时间 外形尺寸（W×D×H） 重量
送丝装置 适用焊丝直径 电缆长度
焊枪 冷却方式 额定电流 额定负载持续率 适用焊丝直径 焊枪电缆长度 遥控器 气体调节器
于更多的工作范围
卓尔不凡 工事必达
凯尔达 KE-350/500/630
■ 自由设定电弧力 自由选择特性不同的电弧 从柔和电弧到坚挺电弧 适用于各种不同的焊接条件
模式 柔和电弧 适中电弧
电弧
电弧特性
电弧分散、柔和，大电流焊接稳定流畅
适合中板到厚板（8mm以上）角焊。 特别适合低碳钢焊接。 电弧声音最柔和。
卓尔不凡 工事必达
凯尔达软开关逆变焊机的六大优势
• 软开关逆变焊机的4个IGBT开关管在20KHz恒定频率下 持续运行于零电流零电压开关状态，比普通硬开关逆变 焊机寿命延长50%。
• 微电脑控制，集成化程度高，可靠性更高 • 电流稳定，电弧柔和，飞溅极小 • 数字化预置及显示 • 热引弧电流、推力电流可调 • 焊接性能及焊缝成型明显得到改善。
卓尔不凡 工事必达
焊接新科技小常识
为什么软开关的逆变焊机技术更先进？
1.硬开关方式控制的逆变弧焊电源的缺点 逆变弧焊电源正向高频化、轻量化、大容量方向发展。但是，对
于传统的硬开关方式控制的逆变电源，由于开关器件工作在硬开关 方式，功率器件的开关应力大，开关损耗大，带来可靠性下降，向 外界的电磁辐射干扰增大的致命缺点。功率开关器件在开关瞬间会 承受较大的电流、电压应力，开通和关断过程损耗很大，增加了缓 冲吸收电路的能量消耗，使功率器件寿命下降，整机可靠性受到影 响。
基于STC15W4K系列单片机的逆变焊机控制电路设计
基于STC15W4K系列单片机的逆变焊机控制电路设计赖诚【摘要】针对通用逆变焊机控制电路采用模拟控制方案造成的电路结构复杂、系统性能指标的一致性和可靠性较差等不足,提出了一种基于STC15W4K系列单片机的逆变焊机控制电路设计方案.在同一片单片机芯片上实现了控制电路所需的相关功能,极大地简化了控制电路结构.通过实际测试,设计方案具有输出控制信号的参数精确(误差0.3%),频率、占空比和死区时间调节方便,通用性强等特点,并具有极高的工作可靠性.%In view of the general inverter welding machine control circuit using analog control scheme caused by the complex circuitstructure,system performance indicators of consistency and reliability are poor,and a design scheme of inverter welding machine control circuit is presented based on STC15W4K Series MCU.The related functions of controlling circuit are realized on the same MCU,which simplifies the structure of the control circuit.Through the practical test,the design scheme has the advantages of accurate parameters(error0.3%),frequency,duty cycle and dead time adjustment,high universality and high reliability.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2017(040)003【总页数】5页(P646-650)【关键词】逆变焊机;单片机;控制电路设计;脉宽调制【作者】赖诚【作者单位】四川工程职业技术学院,四川德阳 618000【正文语种】中文【中图分类】TG431随着当今电力电子技术和数字控制技术的不断进步,焊接电源的数字化和小型化正成为主流的发展趋势[1]。
数控逆变焊机电流波形控制技术
数控逆变焊机电流波形控制技术刘忠杰;惠良哲生;波多晓;仝红军;上山智之【摘要】针对采用大规模集成电路LSI芯片的新型逆变气体保护焊机及其输出电流波形控制技术进行讨论.根据选用的保护气体种类,优化直流焊接模式的电流输出,采用“改进型冷桥过渡CBT-EX”的熔滴过渡控制方式对短路过渡进行处理,大大降低了飞溅的发生量.实现了从薄板焊接的低电流领域到厚板焊接的高电流领域的高品质焊接.根据焊接母材材质,优化脉冲波形,获得“一脉一滴”理想的熔滴过渡形式,减少了飞溅量,提高了焊接速度.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2016(046)003【总页数】7页(P48-53,65)【关键词】弧焊电源;冷桥过渡;短路过渡;脉冲波形【作者】刘忠杰;惠良哲生;波多晓;仝红军;上山智之【作者单位】日本OTC公司,日本神户6580033;日本OTC公司,日本神户6580033;日本OTC公司,日本神户6580033;OTC机电(青岛)有限公司,山东青岛266500;日本OTC公司,日本神户6580033【正文语种】中文【中图分类】TG434.1数字控制逆变焊机的优点在于通过对逆变器的高速实时控制，实现对电弧的高速、高精度控制，并可减小焊机体积、减轻质量[1]。
研究人员已经掌握了电弧阴极斑点的变化规律和稳定电弧的要素，通过控制焊机输出波形，极大提高电弧的稳定性[2-4]。
近年，随着数字模拟技术和电弧观察技术的进步，使复杂的电弧现象呈现在研究人员面前，加深了对电弧现象的理解。
在焊接学术研究方面，已经制定了到2020年[5]甚至更长的时间表，届时可以在理论指导下对电流波形进行控制，从而实现对焊接方法和焊接性能的控制和提高。
将来对焊机的要求更高，其处理能力远超现在的数字控制逆变焊机，同时这也是高性能焊接工艺的要求。
在此介绍新开发的焊接控制芯片和最新波形控制技术，以及采用这些新技术的焊机所具有的焊接性能。
目前一般采用通用芯片作为焊机的中央控制器。
焊割设备行业分析
焊割设备行业分析报告2011目录一、行业监管体制及相关政策 (1)二、行业概况 (4)三、行业的市场需求 (11)四、行业基本特征 (17)五、公司所处行业与上、下游行业之间的相关性 (20)六、行业竞争格局和市场化程度 (21)七、行业进入的主要壁垒 (23)八、行业利润水平的变动趋势及变动原因 (25)九、影响行业发展的有利因素和不利因素 (25)十、我国焊割设备制造行业的发展现状及发展趋势 (27)一、行业监管体制及相关政策根据国家统计局《国民经济行业分类和代码表》，焊割设备制造业属于“C35通用设备制造业”大类下的“C352金属切割及焊接设备制造”类。
1、行业主管部门焊割设备制造行业的行政主管部门是国家工业与信息化部，主要负责产业政策的制定，并监督、检查其执行情况，研究制定行业发展规划，指导行业结构调整，实施行业管理。
2、行业自律组织我国焊割设备制造行业的自律管理机构是中国机械工业联合会下属中国电器工业协会电焊机分会和中国焊接协会。
本公司是中国电器工业协会电焊机分会的常务理事单位及中国焊接协会的理事单位。
行业协会的职能是：制定行规行约、制订行业标准、协调行业内部价格、收集发布行业信息、研究行业发展的重大问题、组织行业技术成果的鉴定和推广应用、协调出口价格，维护出口秩序、开展反倾销应诉和产业损害调查、促进行业预警机制的建立、开展对外交流与合作、受托对行业内重大的投资、改造、开发项目进行前期论证并参与责任监督等。
3、行业标准化机构中国国家标准化管理委员会（中华人民共和国国家标准化管理局）是国家质检总局管理的事业单位。
该委员会由国务院授权履行行政管理职能，统一管理全国标准化工作。
国务院有关部门和国务院授权的有关行业协会分工管理本部门、本行业的标准化工作。
公司所处的焊割设备制造行业的标准化工作由全国电焊机标准化技术委员会管理。
全国电焊机标准化技术委员会组织通用电焊机的设计、制造、检验与验收标准规范、规程、型谱等国家标准和行业标准的制定、修订、审查、宣贯、解释、出版发行以及咨询等方面的工作。
逆变焊接电源的发展及其可靠性研究_吴祥淼
收稿日期:2000-11-20作者简介:吴祥淼(1975-),男,浙江温州人,博士,主要从事逆变电源、电阻焊设备、焊接过程智能控制的研究工作。
逆变焊接电源的发展及其可靠性研究吴祥淼,黄石生,王志强,方 平,薛家祥(华南理工大学机电工程系焊接中心,广东广州510640)摘要:从功率器件、磁性材料、控制方式及智能控制方法等方面的发展介绍了逆变焊接电源的发展,并就逆变焊接电源设计中存在的问题进行了探讨。
关键词:逆变焊接电源;可靠性中图分类号:TG434.1 文献标识码:A 文章编号:1001-2303(2001)02-0008-05The development and reliability research of welding inverterWU Xiang -miao ,HUANG Shi -sheng ,W ANG Zhi -qiang ,FANG Ping ,XUE Jia -xiang(Welding Center ,Dept .of Mechatronic Engineering ,South China University of Technology ,Guangzhou 510640,China )A bstract :In this paper ,the develop ment of welding inverter is introduced in the field of the power s witch device ,magnetic materials ,control means and intelligent control .The reliability of the welding inverter is also covered .Key words :welding inverter ;reliability前 言21世纪的人类社会正经历着以计算机技术、网络技术、信息技术、电力电子技术、智能控制技术等为代表的技术新变革。
国内外焊接电源差异
国内外焊接电源对比情况分析焊接工艺要求能源具有能量密度大、加热速度快等特点。
焊接用的能源主要有电能、机械能、化学能、光能、超声波能等。
根据热源的不同，又可分为电弧焊、气焊、电子束焊、激光焊、电阻焊等。
在所有的焊接方法中，电弧焊最为常用，约占90%以上，是目前最重要和最广泛应用的焊接工艺。
而弧焊电源从19世纪开始研发到硅整流器件、晶闸管等器件的研制成功，随后电子弧焊电源的进一步发展，研制了具有更新换代意义的逆变弧焊电源，也是目前焊接电源的主要发展方向，下文就弧焊电源的发展现状对比分析了国内外焊接电源的应用状况。
1. 总体对比1.1 焊机控制数字化全数字化控制的焊机，已经成为进口焊机的主流。
全数字化控制技术大大提高焊机的控制精度、焊机产品的一致性和可靠性，同时也大大简化了控制技术的升级。
而国内的焊接电源，仍然以模拟控制技术为主，虽然部分厂家也推出了全数字化的焊接电源，但是大都处于简单代替模拟控制的水平，全数字控制的作用还没有发挥出来，导致市场的认可度不高。
1.2 工艺控制智能化国外进口焊接电源大都以免费或选配的方式提供了焊接专家系统，允许操作者输入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工艺条件就可自动生成焊接工艺。
而国内焊接电源厂家在焊接工艺的研究和积累工作还十分有限，难以提供成熟可靠的焊接工艺支持，导致国内产品除价格外与进口产品不存在竞争优势，大部分高端市场份额仍然被进口焊机占据。
正是在智能化和焊接工艺服务上的缺失和脱节，我国的焊接设备大多为纯粹的机器和设备，而没有背负起为焊接用户解决焊接问题的责任。
1.3系统集成网络化国外焊接设备大都提供了现场总线接口，而且可控参数丰富，焊接工艺控制更加方便，国外自动化焊接系统的集成水平显著提高。
而国内的自动化焊接系统普遍处于继电器开关量编组控制的水平，各个自动化焊接部件信息量的传递十分有限，难以实现复杂的焊接工艺协调控制。
2. 逆变弧焊电源研究现状逆变电源被称为“明天的电源”，其在焊接设备中的应用为焊接技术的发展带来了革命性的变化。
焊接工艺技术及焊接质量控制
焊接工艺技术及焊接质量控制摘要：近年来，社会进步迅速，数字化已经成为焊接设备的主流发展方向，这一点是毋庸置疑的，但数字化只是一个承载人类知识的载体，其本身并不具备任何智能。
同理，数字化焊接设备本身也并不能改善机器的焊接水平，但它提供了一个平台，让提高焊接技术这一目标变得更容易实现。
因此，要想充分发挥出数字化焊接设备的优势与价值，还需要多种焊接工艺与焊接技术的配合。
关键词：焊接工艺技术；焊接质量；控制引言焊接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的工艺技术，该项工艺技术在建筑工程中发挥着重要的作用，是不可或缺的一项施工工艺。
高水平的焊接工艺对保证建筑施工质量、安全，延长建筑寿命都具有重要的意义。
在建筑施工中，焊接工艺具有一定的技术性、复杂性、专业性，若没有对焊接质量进行严格控制，很容易出现焊接工艺问题，如焊接裂纹、气孔、夹渣等，这些焊接工艺问题会直接影响焊接结构的整体稳定性和牢固性，进而危及建筑整体质量与安全。
所以，在建筑施工中，要提高对焊接工艺的重视和关注，要切实做好焊接工艺的质量控制工作，这是保证建筑工程质量和效率的重要途径。
基于此，探究建筑施工焊接工艺控制要素也具有重要的现实意义。
1数字化焊接设备概述“数字化”指的是在逆变焊机与数字控制技术的基础上，以数字信号处理器（DSP）为核心设备，用0/1编码的数字信号将传统的模拟信号取而代之，最终获得集网络化、人性化、精密化、高效化与绿色化于一体的新型焊接设备。
数字化焊机使冷却装置、人工交互、电源、工装、机器人、焊枪、送丝机的互动更加方便。
全数字化焊机囊括了焊机面板、焊机电源以及送丝机的数字化，焊接电源及其与焊接工艺过程的互动全部引入了数字化控制系统，最突出的特点是焊机的内部设置了“焊接专家系统与数据库”，操作人员通过一元化操作便可能获得准确、可靠的工艺参数，充分保障了焊接质量，彰显出数字化焊机的核心价值。
全数字化焊机还具有一系列拓展功能，比如远程控制软件升级、远程诊断故障、在线记录焊接参数、远程修复故障等。
逆变式多功能DSP全数字化PWM逆变焊机软件用户说明书
九功能DSP 全数字化PWM 逆变焊机控制软件用户说明书华意隆电气股份有限公司的九功能DSP 全数字化PWM 逆变焊机控制软件是基于美国TI 公司高性能数字信号处理器TMS320LF2407A 而开发的数字化逆变焊机的控制软件，实现了焊机的多功能全数字化PWM 逆变控制。
属国内首创，和国际同行业相较，具有同等的领先地位。
先进的设计思想，和丰富的焊接工艺参数数据库，使得该控制软件具有丰富的功能和优越可靠的性能。
软件的主要功能以及使用说明：一、该控制软件可以根据不同的焊接工艺要求和用户选择定制以下六种焊接方式任意组合，并根据用户在操作界面的选择，输出不同的焊接输出特性。
（1） 手工电弧焊（酸性焊条） （2） 手工电弧焊（碱性焊条） （3） 手工电弧焊（纤维素焊条） （4） 非熔化极惰性气体保护焊 （5） 非熔化极惰性气体保护脉冲焊 （6） 非熔化极惰性气体保护点焊 （7） 熔化极惰性气体保护焊 （8） 熔化极惰性气体保护脉冲焊 （9） 碳弧气刨以上九种功能中，每种功能都具有多个可调节的参数，用户既可以采用系统默认的参数简单方便地设置焊机的焊接参数值，同样可以根据不同的焊接要求自主的精细地调整焊机的焊接参数值，以满足不同用户的具体使用习惯和偏好，使焊机发挥出最佳的焊接效果。
在选择焊接方式时，软件系统均设计了逻辑加密锁，根据用户的定制要求，可以在控制软件中解锁某些焊接方式的使用权限，从而为生产带来方便。
用户只要下载更新不同版本的软件，就可以完成生成不同功能的焊机，而无需改动焊机硬件电路。
使得公司和用户有效的节约了库存，提高生产率和经济效率。
公司负责控制软件的升级换代，用户只要通过网络有偿下载并更新新的控制软件，就可以完成焊机的升级，而无需改动焊机硬件电路。
这同样使公司和用户节约了库存，提高生产率和经济效率。
二、该软件具有非常友好的用户操作界面，用户可以通过操作界面方便的了解焊机的各项功能和使用说明,还可以方便、清晰的读出所显示的焊接电压和焊接电流数据值。
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逆变焊机中数字化控制技术的应用
摘要：逆变焊机存在多项优势，比如体积小、高效率与高质量等，在焊接加工
行业中已成为一项重要产品。
将数字化技术应用于逆变焊机中，可为数字焊接的
实现奠定坚实基础。
相较于模拟焊机，能进一步提升各类材料焊接性能、多种焊
接方法的集成性以及工艺适应性等，使焊机控制智能化与柔性化等变成现实。
关键词：逆变焊机；数字化；控制技术；应用
一、逆变焊机数字化发展阶段
每项参数在模拟系统中均需利用电阻和电容实现，在阻容参数方面，其容差
及漂移势必改变焊接性能，传统模拟控制具有较大劣势，不仅温度稳定性差，而
且无法确保产品一致性。
所以，对于电子元器件，模拟弧焊过分依赖于它的稳定
性与精确度，不能保证控制电路的互换性与可靠性，提高造价成本以及控制难度，难以精确控制弧焊电源，灵活性更是无从谈起。
可以将逆变焊机的数字化发展划
分成两个阶段。
其一，在逆变焊机数字化发展初期，主要产品为单片机控制弧焊电源，比如
80C51或80C196。
但是单片机不能快速处理，它的主要功能为管理逆变焊机与设
定焊接参数，而要控制焊接工艺内的恒电流及横电压，需要利用模拟PI控制器实现，只通过单片机设定焊接参数或是完成一些较为简单的操作。
其二，焊机中DSP微处理器以及单片机的应用。
DSP可以较快速度进行数字
信号的处理，既可以全面处理与模拟弧焊电源相关的问题，也可以从微观角度管
控电弧过渡。
由此使数字化控制优势得到充分体现，主要为较高灵活性与稳定性等。
二、数字化控制技术的好处
1.通过数字化控制提高焊接电源灵活性
对于模拟系统而言，阻容网络硬件是其配置与效益增收的一项决定因素，所
以只要确定便难以改变。
同时，一旦改变数字控制系统内的软件，即可较为容易
地进行柔性控制。
2.通过数字化控制提高焊接电源稳定性
焊接电源模拟控制系统的构成部分主要为各项分立元件，包括电容与电阻等，通常模拟元件参数具有相应精度以及温度。
3.通过数字化控制存储相关成功经验数据
在数字化控制过程中，实现相关成功经验数据的存储，对操作十分方便。
针
对专家系统而言，主要是利用数据库这一形式实现焊接方面大量规范在计算机内
的存储，其中每项数据均包含多种信息，主要有母材、焊接电压以及焊接方法等。
在相关操作人员将部分参数输入完成后便可查询做好的焊接规范。
三、逆变焊机中数字化控制技术的运用
从数字化焊接电源角度来讲，能够以较快速度在线检测两项参数，一是焊接
电压，二是电流波形，并且以短路过渡参数为对象进行计算，由此实现自适应最
佳控制，通过现代控制理论算法的应用，有效调整和控制特征参数以及焊接规范，使其处于最为合适的范围中，确保焊接电弧工作达到动态且稳定的状态。
针对过
渡的三种类型，一是短路过渡，二是脉冲过渡，三是射流过渡，精确控制其电流
与电压，从而在一定程度上降低焊接飞溅，提高与完善焊接性能，并提升焊接质量。
1.低飞溅
管线钢焊接工艺中，根焊是最重要环节，根焊的好坏直接决定了整个焊口的
焊接质量。
根焊要求电弧短、穿透力强、熔池稳定，飞溅小，可实现全位置焊接。
数字控制的逆变焊机系统中，控制电路部分由单片机（MCU）和数字信号处理器（DSP）构成双机控制系统，实现熔滴过渡各阶段电流波形的控制精细。
焊接性
能的控制核心部件为DSP，焊接电压、电流信号经过A／D转换成数字信号，数
字信号处理器软件实现灵活、精细的焊接性能控制。
奥太PulseMIG－500FR数字
管道多功能焊机采用软件和硬件相结合的方式，准确检测熔滴过渡时刻，使得检
测正确率达到99％；缩颈发生时迅速降低电流，这样才能使熔滴过渡平稳，有效
减小焊接缺陷；内置专家数据库，实现一元化调节，缩短参数调节时间[1]。
采用
金属粉芯焊丝时的焊接电流、电压波形和西二线焊缝成形如图3所示。
与普通气
保焊相比，该工艺具有电弧穿透力强、热输入低，飞溅小的优点；焊工操作性强，全位置焊接时电弧形态均匀、一致；1点～2点位置背面熔池不易下垂；从四点
至六点的位置，其背面焊缝发生内凹的难度较大。
相较于纤维素焊条下向焊，FR
快速根焊的优势众多，在焊接过程中出现较少烟尘，只发生非常小的飞溅，而且
噪音也比较小。
通过精度较高的热输入控制能够降低焊接变形以及烧穿的概率。
焊接所产生的成本较小。
可以较快速度与较高效率进行焊接。
此外在焊接完成之
后不必清理焊渣，有效节约清理层间的时间。
2.高焊速
当前，在生产效率方面的要求越来越高，为此研制出两种类型的效率较高的
焊接方法，分别为气保焊类与埋弧焊类。
主要的埋弧焊方法包括带极埋弧焊与多
丝埋弧焊等。
而气保焊主要分为两类，一是单丝气保焊，二是双丝气保焊。
前者
可选用多元保护气体，也可对电流波形进行相应控制。
后者能够进行双丝双弧单熔，并且其每分钟可以熔敷三十千克。
通过对比发现，单丝多元保护气体具有较
高成本，实现难度大，而双丝焊具有较高效率，不过也在实现条件方面提出更高
要求。
其中可行性与经济性最大的一种方法为，单丝在改进电源之后完成熔滴过渡。
此处，需重点探究的是高速焊中数字化气保焊的应用。
为确保双电弧均可实
现稳定性较高的燃烧，使彼此之间的干扰有所减小，两项电弧都属于脉冲电弧。
两个电源所产生脉冲电流之间的相位差达到180度，能够在最大程度上减小电弧
间产生的干扰。
对于焊缝成形，两个焊丝之间的距离以及角度所产生的影响都比较大，目前
已经具有商业化双丝焊枪。
在实际的控制实现过程中，每种焊接电源均利用主从
模式，将其中一个焊机视为主机，实施协同脉冲控制，以自身电弧为依据，反馈
脉冲电流频率，且向从机传输同步信号，根据该频率，从机进行工作。
在高速焊
接的场合中，必须保持较高工作效率与较快焊接速度。
同时确保焊缝成形之后的
美观性及熔透性。
此外仅发生极小飞溅，具有良好电弧适应性，且焊机能实现快
速动态响应。
利用焊机动态的优化操作实现对相关参数的合理控制以及短路过渡
控制的进一步改进与完善，进而让产品充分达到工作效率高与响应速度快等要求。
3.生产管理的网络化
其一，加大焊接工艺应用强度，增强焊接质量，尽量防止违反规定的操作出现。
其二，完善车间与焊机管理。
其三，加大焊材管理强度，有效节约成本。
其四，明确焊接质量，以此在焊工的考核过程中提供重要数据。
此系统能够设定焊
接规范、实时监督和控制焊机状态以及记录相关焊接数据等，从而为管理工作提
供一定便利，减轻工作者的负担，提高产品质量，有效解决成本。
4.配套机器人的智能化
在社会与科技不断发展进步的过程中，机器人被广泛应用于不同领域中，工
业机器人的应用率最高。
而机器人焊接系统达到统一、高效焊接，在很大程度上
提高了企业工作效率，降低人员管理成本，解放大量工作人员。
结语：
当前，已经初步完成了数字化焊接，不过仍旧存在较多方面的问题，仍需进
一步改善与发展。
一般情况下，国外大多数厂家以具体焊接问题为依据，研发与
制造具有较强特殊性的焊接工艺，由此研制多种独树一帜的新型数字化逆变焊机，而在我国这是现在比较缺乏的。
对于我国相关焊接人员，应以实际需求为依据，
并与我国国情充分结合，从而提出新的研讨主题。
可以想见，我国在今后发展中
必定会成为世界范围中制造电焊机的大国甚至强国。
参考文献：
[1]熊振兴，黄石生.现代数字化弧焊电源的发展[J].兰州科技，2016（04）.
[2]杨通，黄延龄，张光先.数字化的逆变弧焊电源[J].电焊机，2014（02）.
[3]韩永强，曾亮.数字化逆变焊机的发展和应用[J].电焊机，2016（02）.。