數(shù)字化焊接技術的發(fā)展趨勢判斷

    隨著人工智能技術、計算機視覺技術、數(shù)字化信息處理技術、機器人技術的溶入，促使弧焊技術向著焊接工藝高效化，焊接電源控制數(shù)字化、焊接質(zhì)量智能化以及生產(chǎn)過程機器人化方向發(fā)展。本項申請課題即屬于這一領域重要研究內(nèi)容。
趨勢判斷和需求分析
    2l世紀制造業(yè)趨于全球化、網(wǎng)絡化、集成化、虛擬化、異地化、數(shù)字化，計算機、信息技術的快速發(fā)展將促進制造領域逐漸與其融合，焊接作為制造領域中重要的材料加工和結構。
    生產(chǎn)力，也正在與信息技術緊密結合，由于焊接過程的多變性和復雜性，利用數(shù)字化技術，使焊接設備從簡單的機電產(chǎn)品變成一種精密加工儀器，將是焊接設備發(fā)展方向。
    焊機的數(shù)字化包括兩方面的內(nèi)容。一是主電路的數(shù)字化，另一個是控制電路的數(shù)字化。
    逆變技術的出現(xiàn)為焊機的主電路數(shù)字化提供了條件。焊接電源從模擬式焊機發(fā)展到逆變式焊機，實際上是完成了主電路從模擬到數(shù)字化的跨越。焊接電源主電路的數(shù)字化使得焊接電源至少在兩方面的性能得到了提高：①焊接電源的功率損耗大大減少，使得焊接電源的效率達到90%以上。②隨著工作頻率的提高，回路輸出電流的紋波更小，響應速度更快，因此焊機可以獲得更好的動態(tài)響應特性。
    早在70年代初逆變器已應用于中頻加熱領域。1982年瑞典ESAB公司率先推出了晶閘管弧焊逆變器產(chǎn)品之后，美國的Lincoln、Miller、Powcon公司，芬蘭的Kemppi，瑞士的EL TRON，日本的大坂變壓器公司等國際著名的焊接設備公司都相繼推出了各自的弧焊逆變器產(chǎn)品。1981年在德國埃森舉辦的世界焊接與切割博覽會上，首次展出了4個廠家的晶閘管式和晶體管式弧焊逆變器，主要用于焊條電弧焊、低壓引弧式鎢極氨弧焊和CO2氣體保護焊，最大電流為350A。到了1989年在同樣的博覽會上已有30多個廠家展出弧焊逆變器。除場效應管式、晶體管式弧焊逆變器以較大的比例增長之外，開始出現(xiàn)IGBT式弧焊逆變器，最大容量500A，其用途進一步擴展到等離子切割等領域。
    1993年，在德國埃森國際焊接與切割博覽會上，展出了各種規(guī)格和用途的弧焊逆變器，其應用范圍包括手工電弧焊、TIG焊、MIG/MAG焊、C02焊等。容量在130-630A之間，逆變頻率為2-2OkHz。其中，額定電流130A，負載持續(xù)率35%的場效應管式強焊逆變器，重量僅有4Kg，逆變頻率為100-130KHz。
    據(jù)調(diào)查，到1996年日本日立公司IGBT逆變焊機已占其生產(chǎn)的MIG/MAG焊機的70%，占TIG焊機的95%以上，占切割機的100%。IGBT式逆變焊接電源將成為未來逆變焊機的發(fā)展方向。
    在我國，弧焊逆變器的發(fā)展是十分快的，前景也十分可觀，70年代末我國著手研制晶閘管式弧焊逆變器，80年代初取得初步成果。上海威特力焊接設備制造有限公司是專業(yè)生產(chǎn)IGBT逆變焊接電源和專用焊接設備的高科技企業(yè)，在逆變焊機的生產(chǎn)領域在國內(nèi)有很高的知名度。 
   20世紀90年代末奧地利Fronius全數(shù)字化焊機進入中國市場，數(shù)字化焊機的發(fā)展引起了廣泛的關注。與模擬控制系統(tǒng)相比，數(shù)字化弧焊電源具有以下顯著特點：
①拓寬功能。電源外特性山軟件靈活控制，容易實現(xiàn)一機多用，對于自動焊機，可以增加焊接參數(shù)預置、記憶與再現(xiàn)等功能。利用精確的數(shù)字控制，采用電子電抗器和波形控制等技術能實現(xiàn)高效氣體保護焊，包括高速焊接和高熔敷率焊接。
②適應性強。利用計算機的存儲功能和高速、高精度數(shù)字信號處理技術，可以使焊機向多功能化和智能化發(fā)展，便于在焊機中引入自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等現(xiàn)代控制方法，進行焊接參數(shù)的優(yōu)化、焊接質(zhì)量的控制等。
③操作性好。利用單片機及專用數(shù)字信號處理器的高速計算能力和豐富的外部接口與通訊能力，在引入模糊控制等智能控制技術的基礎上可以實現(xiàn)簡單的焊接參數(shù)一元化調(diào)整，實現(xiàn)逆變焊機的“傻瓜式”操作。
④易于開發(fā)。許多任務既能通過硬件、也能通過軟件完成，可以用一臺電源為基礎，通過配合不同的控制箱，利用積木方式構成不同類型的焊機。焊接電源的開發(fā)周期短、成本也低。
⑤便于升級。同一類型的焊機，功能的改進可以只通過軟件設計來實現(xiàn)，對現(xiàn)今技術更新特別快的時代，可以大大提高焊機的使用壽命和使用范圍。在為焊接專機配套時，可以靈活改變焊機的性能，便于實現(xiàn)專機專配。
    數(shù)字化焊接電源控制系統(tǒng)的研制開發(fā)將為上海威特力焊接設備制造有限公司系列化高檔焊機生產(chǎn)奠定基礎。同時，由于采用了數(shù)字化控制技術，焊接電源已不再是單純的焊接能量提供源，還應具有數(shù)字操作系統(tǒng)平臺、多特性適應調(diào)整、送絲驅(qū)動外設及接口、焊接參數(shù)動態(tài)自適應調(diào)整、過程穩(wěn)定質(zhì)量原評定、保護及自診斷提示以及遠程網(wǎng)絡監(jiān)控、生產(chǎn)質(zhì)量管理等功能，焊接電源的概念實際上已拓寬為焊接電源系統(tǒng)。因此，在學術水平和使用價值方面都具有重要意義。數(shù)字化焊機在國內(nèi)的研究僅處于實驗室階段，但數(shù)字化焊機憑借無與倫比的強大優(yōu)勢，必將成為焊接設備的主流，是未來之星。