深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院  劉孫東

                            （深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東  深圳      518029）

      摘要：應用高頻逆變技術(shù)、全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和DSP數字控制技術(shù)生產(chǎn)的高頻逆變長(cháng)、短周期電弧式螺柱焊機的基本原理、技術(shù)性能；高頻逆變螺柱焊機與工頻螺柱焊機相比的技術(shù)優(yōu)勢，及其高頻逆變螺柱焊機所具有的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：高頻逆變螺柱焊；電弧式螺柱焊；儲能式螺柱焊；螺柱焊接

      螺柱焊接機是一種將螺柱通過(guò)焊槍，直接焊接在母材上的一種焊接設備，是機械制造、五金、建筑等行業(yè)最常用的工具。使用螺柱焊機焊接螺柱，在接過(guò)程中，不需要填充料，焊接直徑較小的焊釘時(shí)，也不需要任何保護，是一種焊接工藝簡(jiǎn)單，焊接牢固度好，成本低，效率高的焊接方式。這種焊接方式最早流行于歐美，近些年才開(kāi)始在我國推廣，而且使用還不夠廣泛。但隨著(zhù)我國螺柱焊機制造水平的不斷提高，以及螺柱焊機使用效果逐漸被更多的人所認識，螺柱焊機必將在我國得到廣泛使用。

      螺柱焊機分二大類(lèi)，第一類(lèi)是電容儲能螺柱焊機。電容儲能螺柱焊機顧名思義，就是依靠電容將能量?jì)Υ嫫饋?lái)，由控制系統控制電容放電，達到將螺柱焊接牢固的目的。電容儲能螺柱焊機具有設備構造簡(jiǎn)單、耗電量小、焊接時(shí)間短、操作方便、在焊接薄板時(shí)不宜變形等優(yōu)點(diǎn)，是五金機箱機柜等制造行業(yè)常用的工具。

      第二類(lèi)是長(cháng)短周期電弧式螺柱焊機。長(cháng)周期電弧式螺柱焊機是指焊接時(shí)間一般在300-2000 mS之間的螺柱焊機；這種螺柱焊機一般功率較大，焊接螺柱直徑較大，是機械制造、建筑、鋼構等行業(yè)常用的工具。短周期電弧式螺柱焊機是指焊接時(shí)間在焊接時(shí)間一般在5-200mS之間的螺柱焊機。這種螺柱焊機焊接螺柱直徑較小，控制精度要求較高，是汽車(chē)、造船和五金行業(yè)必備的焊接工具。

      長(cháng)期以來(lái)，我國的電容儲能螺柱焊機的技術(shù)比較成熟，而電弧式螺柱焊機的主流技術(shù)仍然是采用五十赫茲的工頻變壓器；長(cháng)周期的機器體積大、分量重、耗能高、施工操作現場(chǎng)移動(dòng)不便；短周期的機器控制精度差、能耗高、焊接質(zhì)量不穩定、薄板容易焊穿，許多對焊接質(zhì)量要求較高的企業(yè)，這類(lèi)螺柱焊機仍然依靠進(jìn)口。

為改變這種局面，中國焊接界同仁屢敗屢戰，經(jīng)過(guò)十幾年的努力，終于研制成功了高頻逆變電弧式螺柱焊機。高頻逆變螺柱焊機分為短周期和長(cháng)周期兩種。高頻逆變短周期螺柱焊機的焊接時(shí)間一般在5-200mS之間，焊接電流最大可達2000A；可焊接螺柱直徑在2mm-12mm之間；高頻逆變長(cháng)周期螺柱焊機的焊接時(shí)間一般在300ms-2000ms之間，焊接電流最大可達2500A；可焊接直徑在8mm-25mm以?xún)鹊穆葜ㄋㄡ敚?/p>

      無(wú)論是長(cháng)周期還是短周期，高頻逆變螺柱焊機都采用了IGBT逆變技術(shù)，全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和DSP數字控制技術(shù)，具有變壓器體積小、整機分量輕、耗電量少、控制精度高、焊接質(zhì)量穩定等特點(diǎn)。其中高頻逆變短周期螺柱焊機整機重量在60KG以?xún)?；高頻逆變長(cháng)周期螺柱焊機整機重量在120KG以?xún)取?/p>

     高頻逆變螺柱焊機的工作原理如下：

     三相50HZ的交流的電經(jīng)過(guò)電磁兼容電路、三相整流橋、軟起動(dòng)電路、平滑濾波電路、橋式開(kāi)關(guān)電路。再由DSP產(chǎn)生的PWM控制信號經(jīng)已隔離驅動(dòng)電路控制IGBT的通斷，再經(jīng)過(guò)高頻變壓器和軟開(kāi)關(guān)換流電路將能量傳遞到輸出整流濾波電路，經(jīng)螺柱自動(dòng)送料機、半自動(dòng)螺柱焊槍（手動(dòng)螺柱焊槍?zhuān)β葜M(jìn)行焊接。焊接電流最高達2500A，輸出功率最高達150KW。

其中高頻變壓器是利用鐵氧體材料，經(jīng)過(guò)特殊工藝制作而成。DSP逆變控制器，是通過(guò)DSP產(chǎn)生的PMW信號經(jīng)M57962Ｌ放大后，驅動(dòng)橋路IGBT，然后經(jīng)變壓器，變壓、整流、濾波輸出弧焊電流的。信號反饋電路有四個(gè)環(huán)路，兩個(gè)電流內環(huán)：一個(gè)電流外環(huán)和一個(gè)電壓外環(huán)。

該機器設有溫度監測和保護電路，通過(guò)DSP可監測前、后橋散熱板的溫度，并對其進(jìn)行過(guò)熱保護和告警。設有電源電壓，直流母線(xiàn)電壓和控制電源電壓監控電路，通過(guò)DSP進(jìn)行監測和告警。主電路結構緊湊，布局合理，很好的解決了IGBT、超快速二極管和高頻變壓器的散熱問(wèn)題。短周期螺柱焊機工作時(shí)暫載率大于10%，長(cháng)周期螺柱焊機工作時(shí)暫載率大于30%。

      高頻逆變螺柱焊機采用了零電壓和零電流高頻軟開(kāi)關(guān)電源技術(shù)和DSP脈寬調制技術(shù)，簡(jiǎn)化了硬件電路。通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現對反饋電流、電壓的控制和整機的保護。其工作頻率高達20KHZ，具有響應速度快、控制精度高、效率高、環(huán)保節電、成本低、輸出功率最高可達150KW，基本上滿(mǎn)足了我國各行業(yè)對螺柱焊機的需要。

另外，該機器還采用了彩色顯示屏、中英文菜單、觸摸屏操作。不但人機界面友好，而且操作簡(jiǎn)單明了，快捷方便。

高頻逆變螺柱焊機與傳統的工頻螺柱焊機相比，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

     （1）.提高了變壓器的性能，長(cháng)周期螺柱焊機的變壓器也只有十幾公斤，輸出功率最高達150KW，焊接電流最高達2500A，整機體積大為減小，重量大為減輕，現場(chǎng)移動(dòng)非常方便，而且比工頻電弧螺柱焊機節能30%以上。就長(cháng)周期高頻逆變螺柱焊機的所采用的技術(shù)和具有的功能而言，其技術(shù)水平已經(jīng)據世界領(lǐng)先地位。

     （2）.高頻逆變螺柱焊機由于引入了電磁兼容、軟啟動(dòng)和電容濾波電路，減少對自身的干擾和電網(wǎng)的污染。

     （3）.高頻逆變螺柱焊機采用了數字化電路，簡(jiǎn)化了硬件控制電路，減少了調試和維護程序降低的運營(yíng)成本。

     （4）.高頻逆變螺柱焊機采用了DSP數字控制技術(shù)，相應速度以微秒計算，提高了螺柱焊機的動(dòng)態(tài)特性和控制精度，使之焊接性能更加穩定可靠，尤其是薄板焊接更具有優(yōu)勢。

     （5）高頻逆變螺柱焊機具有完善的保護功能，減少了螺柱焊機的故障率；具有完善的故障顯示功能，使得故障檢查更為簡(jiǎn)單，故障維修更為方便。

目前，高頻逆變短周期螺柱焊機已經(jīng)在一汽大眾、北京奔馳等多個(gè)汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家使用，完全可以代替進(jìn)口螺柱焊機；高頻逆變長(cháng)周期螺柱焊機也在我國多個(gè)重點(diǎn)建設工程中得到廣泛運用。