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。

逆变式焊接电源具有高效节能、轻巧省料、控制性能好等特点，在消除网侧电源谐波、改善网侧功率因素、逆变输出波形控制、提高系统的动态响应性能方面有很大的发展，已成为现代焊接电源发展的主流之一。

目前国内生产逆变焊接电源问题主要体现在：其相对较差的可靠性和稳定性，以及更高的故障率问题。

究其根本原因主要有：技术不成熟、不稳定，主要体现在主电路结构和参数设计不是很合理，主电路主要核心器件（如磁芯材料、快速二极管、电子功率开关管如IGBT、MOSFET等）选型不合理，保护环节（如RD参数、保护响应速度慢）没有达到最优配合，还有布线和制造工艺结构安排不合理，形式注意的试验和选用器件（含电路板）检测手段不严格或技术落后等。

因此逆变焊机继续向纵深发展的几个方面：普及性提高、功率制造能力增强、小型化。

普及性提高：目前很多大公司都研制了各种逆变式焊机及新技术、新产品，只是各自的品种、功率、性能、功能和制造水平不同而已，但逆变焊机的品种、性能、功能和焊接方法和应用范围需要一定的提高、增加和扩大。

功率制造能力增强：过去人们认为，逆变焊机以其小巧、移动方便、省电节材的优势主要适用在中小功率的场合，但目前不少公司均展出了千安级的技术产品，仍具有一定发展空间。

小型化：通过提高频率和采用高性能磁体、优化结构等，尽可能把小功率的逆变焊机做小。

3. 数字化焊接电源研究现状
数字化焊接电源是将数字化技术运用到焊接电源的控制环节中，是焊接电源的核心控制。

将数字化核心控制环节拓展将可以实现核心控制环节与外围电路之间数字化的信息流通，因此数字化技术在焊接电源中的应用进一步提高了电源控制技术的水平和可操作性。

逆变焊机的数字化控制无疑会有强势的发展，因为它在控制方面极大地简化了电路结构，提高了焊机控制系统的稳定性，方便了应用。

但数字化控制最大的缺点就是处理速度低于模拟系统，所以处理速度的提高是数字化控制系统应用的关键。

同时随着自动化领域以及信息产业技术的迅猛发展，数字化焊接电源也逐渐向数字化、智能化方向发展，主要采用以MCU或者DSP为核心控制芯片的数字控制技术，控制系统可以通过软件来实现焊接电源系统具体的功能，具有以下优点：数字化焊机实现了柔性化控制和多功能集成；控制精度高；稳定性好；产品的一致性好；接口兼容性好；焊机功能升级方便。

国外已有数字化焊接电源的产品应用，最具有代表性如奥地利的FRONIUS 公司生产的TRANSPLUS SYNERGIC系列，焊机具有程序化引弧、精确控制电弧、专家系统、一机多功能、焊接数据接口和评价系统等功能。

以及德国EWM 公司生产的INTEGRAI和PHOENIIX系列数字化焊接电源，具有可与计算机或网络通讯、模块化设计、焊接数据的存储和分析系统等功能。

以上国外的研究成
果主要采用DSP和MCU相结合的控制方案、主回路采用逆变形式的全数字化焊接电源。

而国内尽管有很多科研院所在研究数字化弧焊电源，但国内电焊机生产单位还是主要占领模拟焊机市场，数字化的高端市场全部被国外占领。

主要是由于国内弧焊电源数字化控制研究有的基于模拟系统校正，有的基于连续系统的数字化校正，都仅仅考虑了采样延迟的影响。

而实际数字化弧焊电源应该基于离散化系统的数字化校正，必须考虑数字化过程的零阶保持和延时一拍控制对系统性能的影响，考虑数字化的各方面对系统性能的影响和要求，要在离散化系统按要求进行快速可靠调节，最后稳定无误差输出。

4. 智能化弧焊电源
智能化弧焊电源是基于MCU和DSP的稳定性、可重复性、实时数字信号处理、柔性化编程、大规模集成等特点的数字化弧焊电源的基础上的进一步发展而来，它的特点是：
（1）智能弧焊电源最大的特点在于焊接过程中进行参数的一元化调用，即可实现焊接参数“傻瓜化调节”的效果，只要确定焊接电流，其它参数自动匹配。

（2）理想参数自动生成。

可以通过焊接效果好的若干工作点参数，自动生成区间内的其它工作点的理想参数，弥补了数字化弧焊电源离散化分段调节的缺陷。

（3）具有存储和自学习功能，针对一组焊接参数进行试焊后，可以覆盖原来的参数，通过局部Newton插值算法，实现参数的自学习。

（4）多功能。

可以进行包括多种焊接工艺的焊接，实现“一机多能”。

（5）很好的灵活性。

同一套硬件电路可以实现不同的焊接工艺控制，对于不同焊接工艺方法不同焊丝材料、直径可选用不同的控制策略、控制参数，从而使焊接电源多功能的同时，每一种焊接工艺方法的工艺效果也得到大幅度的提高。

目前智能化弧焊电源的开发仍主要集中在奥地利的FRONIUS公司和德国EWM公司生产的焊机系列，是欧美国家智能弧焊电源成熟发展的标志。

该类弧焊电源可以实现焊机程序的软件升级、焊接工艺规范化、多功能、多种焊接材料的适用性以及焊接工艺参数的离线处理等。

日本OTC公司新研制的Digital Pulse 弧焊电源，采用IGBT作为功率控制器件来提高主电路的控制性和可靠性，可以实现外特性控制、脉冲电流波形控制以及短路电流波形控制等，大大提高了电源的基本性能。

而国内智能弧焊电源的研究与发达国家相比仍处于起步阶段，基本未有相关产品推出市场，主要问题集中在：如何进行电源的硬件设计和软件设计，克服其
固有缺陷；对于恒流、恒压该采用何种控制方式（如PID）控制，参数如何选取，才能最好满足电源对静态性能和动态性能的要求；如何实现P-GWAM、DP-GWAM焊接过程中，实现不同材料、不同丝径的焊丝通过“一脉一滴”的方式过渡；采用何种算法实现存储和智能匹配，如何构建专家系统的问题；以及如何进行弧压控制，保证电流稳定的同时，保证对电压变化的快速响应。

5. 发展趋势
目前计算机技术、网络技术、控制技术及电力电子技术的发展对智能型焊接电源的发展提供了保证。

利用计算机的存储功能和高速、高精度数据处理能力，可使焊机多功能化和智能化发展。

在焊机中加入自适应控制、模糊控制、神经网络控制等现代控制方法，进行参数化的优化、焊接质量的控制等，以降低对焊工操作水平的要求，将是主要研发方向。

同时目前国内各种控制技术在焊接电源设计及控制中的应用还处于发展的阶段，因此如何加强控制系统的研发设计、如何提高焊接电源的效率、降低焊接电源对电网的污染及电磁污染，开发自动控制的智能型绿色焊接电源将成为未来开发人员的共同目标。