高速和高效化焊接是現(xiàn)代焊接的發(fā)展趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化焊接的必由之路。數(shù)字化焊機(jī)是高效焊接和焊接自動(dòng)化焊接的基礎(chǔ)。數(shù)字化作為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與弧焊工藝結(jié)合的產(chǎn)物，引起了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。數(shù)字化焊接的概念及其特點(diǎn)、數(shù)字化焊機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式及數(shù)字化焊機(jī)對(duì)整個(gè)焊接生產(chǎn)工藝起著一定的推動(dòng)作用。數(shù)字化技術(shù)日益成熟數(shù)

高速和高效化焊接是現(xiàn)代焊接的發(fā)展趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化焊接的必由之路。數(shù)字化焊機(jī)是高效焊接和焊接自動(dòng)化焊接的基礎(chǔ)。數(shù)字化作為數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與弧焊工藝結(jié)合的產(chǎn)物，引起了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。數(shù)字化焊接的概念及其特點(diǎn)、數(shù)字化焊機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式及數(shù)字化焊機(jī)對(duì)整個(gè)焊接生產(chǎn)工藝起著一定的推動(dòng)作用。

數(shù)字化技術(shù)日益成熟

數(shù)字化焊接技術(shù)發(fā)展的扼要情況。

數(shù)字化焊接技術(shù)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)來控制焊接設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，使其滿足和達(dá)到焊接工藝所提出的要求，以得到完全合格的焊縫。 

數(shù)字化焊接技術(shù)起始于上世紀(jì)80年代的焊接機(jī)器人。它用工控機(jī)來控制焊槍或焊鉗的運(yùn)行軌跡、焊槍姿態(tài)及焊接規(guī)范。對(duì)于復(fù)雜的空間曲線焊縫（如馬鞍型焊縫）,通用的自動(dòng)焊接設(shè)備是無法完成的，而焊接機(jī)器人卻能勝任此項(xiàng)任務(wù)。另外在一些危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境中（如高溫、輻射）只能由焊接機(jī)器人往完成某項(xiàng)焊接作業(yè)。示教方式是焊接機(jī)器人用得最多的編程方式。它在離線的狀態(tài)下把焊槍沿著要預(yù)定完成的焊縫作業(yè)軌跡上走一遍，從而把運(yùn)行軌跡及其他參數(shù)記錄到工控機(jī)中。在線時(shí)即由工控機(jī)控制焊槍的運(yùn)行軌跡、焊槍姿態(tài)及焊接規(guī)范，以完成焊接作業(yè)。

可以這樣說，數(shù)字化焊接技術(shù)的核心就是焊機(jī)的數(shù)字化。和其它專業(yè)領(lǐng)域一樣，焊接技術(shù)的發(fā)展同樣得益于數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展。

自1982年瑞典ESAB公司率先推出晶閘管弧焊逆變器產(chǎn)品，美國的Lincoln Miller Powcon、芬蘭的Kemppi、瑞士的ELTRON和日本的大坂變壓器公司等國際著名的焊接設(shè)備公司都相繼推出了各自的弧焊逆變器產(chǎn)品。

這標(biāo)志著焊接電源主電路從模擬到數(shù)字化的跨越。對(duì)于焊接專業(yè)領(lǐng)域來講，這是一項(xiàng)革命性的技術(shù)跨越。主電路的數(shù)字化，使焊接電源的功率損耗大大減少，效率達(dá)90%以上。由于工作頻率的進(jìn)步，回路輸出電流的紋波更小，響應(yīng)速度更快，焊機(jī)可以獲得更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

1998年奧地利Fronius全數(shù)字化焊機(jī)進(jìn)進(jìn)市場，標(biāo)志著控制電路數(shù)字化焊機(jī)的實(shí)用化，將傳統(tǒng)逆變焊機(jī)的模擬控制發(fā)展為數(shù)字化控制，極大地進(jìn)步了焊機(jī)對(duì)電弧的控制品質(zhì)。

近些年，焊機(jī)數(shù)字化技術(shù)發(fā)展越來越快，不斷的有更加先進(jìn)、功能更加強(qiáng)大的數(shù)字化焊機(jī)推出，數(shù)字化的人機(jī)交互系統(tǒng)得到深進(jìn)的開發(fā)，這是很值得重視的一個(gè)數(shù)字化焊機(jī)技術(shù)發(fā)展的最新的動(dòng)向。

眾所周知，隨著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)字化焊接技術(shù)，包括焊接電源數(shù)字化、焊接過程數(shù)字化和焊接制造數(shù)字化等方面得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

焊接制造數(shù)字化是一種全新概念的先進(jìn)焊接制造技術(shù)，它集先進(jìn)焊接技術(shù)、先進(jìn)數(shù)控和計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、先進(jìn)材料技術(shù)、先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)為一體，可以制造預(yù)定外形的零件，也可以使損壞的零件復(fù)原到原有尺寸，而且性能達(dá)到或超過原基材料水平。因此焊接制造數(shù)字化技術(shù)，實(shí)際是一門新的光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、數(shù)字化、材料綜合交叉的先進(jìn)焊接制造技術(shù)。

數(shù)字化控制使焊接電源具有很好的系統(tǒng)靈活性。由于模擬系統(tǒng)的配置和增益是由阻容網(wǎng)絡(luò)硬件所決定的，一旦確定就很難改變，而在數(shù)字化控制系統(tǒng)中，只要改變軟件，則很輕易實(shí)現(xiàn)柔性控制。 在焊接過程數(shù)字化控制中，焊接電源的能量控制由電流、電壓、時(shí)間的協(xié)同方式來完成，具體表現(xiàn)為輸出波形的數(shù)字化。在CO2氣體保護(hù)焊數(shù)字化控制中，實(shí)現(xiàn)了一種智能化自尋優(yōu)控制方法。在脈沖MIG焊接Synegic控制法中，根據(jù)送絲速度自動(dòng)匹配電流脈沖參數(shù)，使熔化速度和送絲速度相適應(yīng)。為解決系統(tǒng)對(duì)弧長擾動(dòng)的恢復(fù)，QH－ARC103控制法采用多折線外特性，實(shí)現(xiàn)了弧長的閉環(huán)控制。同時(shí)，還有在保持單元電流脈沖能量恒定的條件下，對(duì)弧長和送絲速度同時(shí)控制的綜合控制法。

20世紀(jì)90年代末。奧地利Fronius公司推出了全數(shù)字化焊機(jī)。近幾年德國EWM、芬蘭Kemppi、日本松下和OTC等公司也陸續(xù)推出了相應(yīng)的產(chǎn)品。其發(fā)展趨勢(shì)必將引起一場焊接設(shè)備的數(shù)字化革命，必將推動(dòng)整個(gè)焊接設(shè)備行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步?？梢灶A(yù)見數(shù)字化技術(shù)將促使焊接設(shè)備向智能化、高可靠性、低本錢方向快速發(fā)展。

高效、節(jié)能并能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)的智能型數(shù)字化逆變焊機(jī)將逐漸取代手弧焊機(jī)和普通可控硅焊機(jī)，而且以后焊機(jī)的操縱趨向于簡單化、智能化，以符合當(dāng)今淡化操縱技能的趨勢(shì)，擺脫對(duì)焊接操縱者技能的依靠。

隨著世界上科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，焊接技術(shù)也一定會(huì)緊密地與當(dāng)代高科技（電子、微電子、信息技術(shù)）相結(jié)合。而在步進(jìn)當(dāng)今信息化微電子時(shí)代，展覽會(huì)上的所有產(chǎn)品幾乎都融進(jìn)了信息技術(shù)、智能數(shù)字化技術(shù)的新成果，從而將焊接技術(shù)進(jìn)步到一個(gè)前所未有的水準(zhǔn)上。

黃石生先生： 高速、高效、優(yōu)質(zhì)和自動(dòng)、智能化是現(xiàn)代焊接技術(shù)的主要發(fā)展方向，研發(fā)和推廣應(yīng)用數(shù)字化焊機(jī)是它的基礎(chǔ), 也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化焊接工藝的重要標(biāo)志。

近年來，隨著大規(guī)模專用集成電路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）、數(shù)字信號(hào)處理器DSP（Digital Signal Processor）及復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD（Complex Programmable Logic Device）、現(xiàn)場可編程門陳列FPGA（Field Programmable Gate Array）的發(fā)展，使焊接電源設(shè)備與工藝的控制電路, 已經(jīng)過過往的分立元件、簡單集成電路發(fā)展到以單片機(jī)、工控機(jī),DSP、CPLD/FPGA為核心的數(shù)字化控制電路，即向數(shù)字化方向發(fā)展?，F(xiàn)代焊接電源設(shè)備,特別是逆變式的, 具有控制周期短，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能夠進(jìn)行精確控制等上風(fēng),與數(shù)字化信號(hào)處理和控制技術(shù)相結(jié)合，有如虎上添翼,可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：一是使用數(shù)字化技術(shù)迅速解決焊接電源設(shè)備自身題目；二是用數(shù)字化技術(shù)提升它的功能和性能，滿足先進(jìn)制造技術(shù)的需求。

DSP以其強(qiáng)大的指令系統(tǒng)及接口功能顯示出功能強(qiáng)、速度快、編程和開發(fā)方便等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于通用數(shù)字信號(hào)處理.近年來DSP在焊接自動(dòng)控制領(lǐng)域也獲得愈來愈多應(yīng)用。

隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)的進(jìn)步和軟件開發(fā)系統(tǒng)的日趨完善，應(yīng)用CPLD和FPGA進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為發(fā)展主流，并開始應(yīng)用于焊接。

FPGA是近年來迅速發(fā)展起來的集PLD器件現(xiàn)場可編程的設(shè)計(jì)靈活性和門陳列高密,度于一體的新型ASIC器件,它的出現(xiàn)引起數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的突破性變革，成為當(dāng)今ASIC電路發(fā)展中一個(gè)異軍突起的新型電路.推動(dòng)了數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展, 數(shù)字化焊接技術(shù)的發(fā)展,它從應(yīng)用于弧焊電源,.到氣保焊整機(jī);到電阻焊,等離子弧焊;從小功率到大功率埋弧焊;從單絲焊到多絲焊,到機(jī)器人焊接. 它以極快的速度向焊接領(lǐng)域縱深發(fā)展.

數(shù)字化焊接日漸完善

數(shù)字化焊接技術(shù)發(fā)展主要包括哪些方面的內(nèi)容？

隨著逆變技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)或數(shù)字微處理器已經(jīng)廣泛應(yīng)用到焊接電源中。逆變技術(shù)是將工頻（50HZ）市電整流成直流再由大功率電力電子器件（IGBT或CMOS）逆變成20KHZ左右的中頻電壓給變壓器以傳遞功率，這樣變壓器及濾波電抗器的體積、重量大大減少；系統(tǒng)的頻帶寬，動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度快。數(shù)字微處理器（單片機(jī)）的作用就是能在數(shù)微秒級(jí)的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)大功率電力電子器件通斷的脈寬比（PWM），以控制焊接電源的電流、電壓，滿足焊接工藝的要求。

所謂專家系統(tǒng)是將眾多的焊接規(guī)范以數(shù)據(jù)庫的形式存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，這些焊接規(guī)范都是成功的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。每一條數(shù)據(jù)都包含諸多信息，如：焊接方法、被焊材料、板厚、坡口外形、焊絲直徑、送絲速度、焊接電流、焊接電壓等等。當(dāng)操縱者輸進(jìn)某幾項(xiàng)參數(shù)后就可以查詢到最佳的焊接規(guī)范，通過A/D或D/A把這焊接規(guī)范轉(zhuǎn)換成焊機(jī)的給定信號(hào)以控制焊接設(shè)備的運(yùn)行。

焊接機(jī)器人焊接的專家系統(tǒng)裝在工控機(jī)中；大型成套專用焊接設(shè)備的專家系統(tǒng)裝在上位機(jī)PC機(jī)中，PC機(jī)與焊接電源內(nèi)的數(shù)字微處理器備可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊交換；小型成套專用焊接設(shè)備可以把焊接規(guī)范直接存儲(chǔ)到數(shù)字微處理器中。

焊接設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是要隨時(shí)監(jiān)控檢測(cè)的。指針式或數(shù)字式儀表只能做到即時(shí)檢測(cè)而無法做到實(shí)時(shí)檢測(cè)。數(shù)字化檢測(cè)就是把焊接設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電流、電壓及其它參數(shù)輸進(jìn)到計(jì)算機(jī)中；也可以用高速攝影儀拍攝的熔滴過度圖像或CCD攝像儀拍攝的焊縫軌跡圖像輸進(jìn)到計(jì)算機(jī)中，這樣在計(jì)算機(jī)屏幕上就可以實(shí)時(shí)觀察到焊接設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電流、電壓波形或熔滴過度圖像、焊縫軌跡圖像。數(shù)字化檢測(cè)的最大優(yōu)點(diǎn)不但可以實(shí)時(shí)觀察、控制焊接設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且還具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能，可以對(duì)焊接設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)作離線分析和數(shù)據(jù)治理。

以數(shù)字化檢測(cè)作為測(cè)試手段的設(shè)備通稱為電焊機(jī)虛擬儀表，國家電焊機(jī)檢測(cè)中心（成都電氣檢驗(yàn)所）已經(jīng)有貿(mào)易化的產(chǎn)品，這對(duì)我國焊接設(shè)備行業(yè)產(chǎn)品的出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)以及國家電焊機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)、檢驗(yàn)工作都具有偉大的現(xiàn)實(shí)意義。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控可以把成套專用焊接設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的諸多參數(shù)實(shí)時(shí)輸進(jìn)到PC機(jī)中，通過網(wǎng)關(guān)和路由器把PC機(jī)接進(jìn)Internet網(wǎng)，并且申請(qǐng)一個(gè)該機(jī)的IP 地址。這樣就可以通過Internet網(wǎng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

數(shù)字化焊機(jī)技術(shù)主要包括三個(gè)方面：

主電路的數(shù)字化，即從模擬式焊接電源到開關(guān)式焊接電源、逆變式焊接電源主電路，發(fā)展到現(xiàn)在大量應(yīng)用的是IGBT、MOSFET或雙極性晶體管式弧焊逆變器。而且涉及的焊接方法和材料范圍越來越廣，功率越來越大，相對(duì)體積越來越小。

控制電路的數(shù)字化，這方面的技術(shù)應(yīng)用發(fā)展是非?？斓?。就控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而言，數(shù)字化焊接電源的控制部分由單片機(jī)和DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）共同構(gòu)成，對(duì)給定信號(hào)流、參數(shù)反饋流和網(wǎng)壓信號(hào)流作綜合處理與運(yùn)算、控制，達(dá)到焊接電源的數(shù)字化、信息化、柔性化的控制。

人機(jī)接口技術(shù)，人機(jī)交互系統(tǒng)是人機(jī)最直接的操縱界面，是操縱者向計(jì)算機(jī)輸進(jìn)信息、發(fā)出指令及觀察現(xiàn)場參數(shù)和信息的窗口，具有友好性、靈活性、功能性、明確性、一致性、可靠性等特點(diǎn)。國外已有焊機(jī)將液晶顯示和鍵盤操縱相結(jié)合，進(jìn)行焊接方法、焊接工藝參數(shù)設(shè)置和信息顯示等的人機(jī)交互過程。焊接小車和送絲拖動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)字化控制，伺服拖動(dòng)已經(jīng)得到了應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)機(jī)器人和專機(jī)與焊機(jī)的數(shù)字化接口技術(shù)。隨著機(jī)器人和專機(jī)在生產(chǎn)中大量應(yīng)用，與焊機(jī)數(shù)字化接口技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

以日本OTC公司最新推出的數(shù)字化焊機(jī)DP350為例，這是一種全數(shù)字控制脈沖逆變焊機(jī)，可以焊接各類碳鋼和低合金鋼、不銹鋼、鋁及鋁合金等。適應(yīng)MIG/MAG/CO2等多種焊接方法。主要性能：最新的數(shù)字化脈沖波形控制技術(shù)；數(shù)字化飛濺及熔滴過渡控制；恒弧長控制、熔深控制技術(shù)；可以儲(chǔ)存100個(gè)焊接條件；與機(jī)器人控制器或者PC的通訊接口；伺服拖動(dòng)的四輪送絲機(jī)；數(shù)碼顯示焊接電流及電壓。

在國外已有數(shù)字化焊接電源產(chǎn)品，最具有代表性的如奧地利FRONIUS公司生產(chǎn)的TRANSPLUS SYNERGIC系列TPS2700/4000/5000全數(shù)字化焊接電源。它的心臟部分是一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），由它集中處理所有焊接數(shù)據(jù)，檢測(cè)和控制整個(gè)焊接過程，焊機(jī)具有引弧、精確控制電弧、專家系統(tǒng)、一機(jī)多功能、焊接數(shù)據(jù)接口和評(píng)價(jià)系統(tǒng)等功能。焊機(jī)的操縱界面友好，一臺(tái)數(shù)字化焊機(jī)上實(shí)現(xiàn)了脈沖MIG、直流MIG、手弧焊、TIG焊等多種工藝方法的不同材質(zhì)、不同焊絲直徑的焊接功能，多功能性可見一斑。同時(shí)，參數(shù)的給定旋紐只有1個(gè)，這樣極大的方便了操縱者。又如，德國EWM公司生產(chǎn)的INTEGRAL系列數(shù)字化焊接電源，數(shù)字處理系統(tǒng)處理所有焊接數(shù)據(jù)，控制整個(gè)焊接過程，同樣具有專家系統(tǒng)、一機(jī)多用、計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)通訊、模塊化設(shè)計(jì)、焊接數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析系統(tǒng)等功能。Panasonic等公司也推出了數(shù)字化焊接電源產(chǎn)品，并相繼進(jìn)進(jìn)中國市場。

在國內(nèi)，數(shù)字化焊接電源尚處于研究階段，一些高校和科研機(jī)構(gòu)已在這方面開展了工作。但目前國內(nèi)數(shù)字化焊接設(shè)備的研究基本處于實(shí)驗(yàn)室研究成果或中試階段，成功用于焊接生產(chǎn)示例的較少。

數(shù)字化焊接電源的發(fā)展與電力電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。從控制電路的角度看，數(shù)字化電源借助DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模擬PID控制器和PWM信號(hào)發(fā)生電路的數(shù)字化，隨著模擬電路和數(shù)字電路有機(jī)結(jié)合的混膜電路的出現(xiàn)，預(yù)計(jì)不久的將來分立式的模擬電路將逐步為高度集成的數(shù)字化混膜電路所取代。

伴隨著新型的功能強(qiáng)大的數(shù)字信息處理器（DSP）的出現(xiàn)，數(shù)字化焊接電源實(shí)現(xiàn)了柔性化控制和多功能集成，具有控制精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、產(chǎn)品一致性好、功能升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)數(shù)字化焊接電源接口兼容性好，可以方便地與外部設(shè)備建立數(shù)據(jù)交換通道如機(jī)器人焊接系統(tǒng)的建立，焊接生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化治理與監(jiān)控等等。

最新開發(fā)的數(shù)字化逆變式焊接電源具有程序控制、參數(shù)預(yù)置、單旋扭一元化協(xié)調(diào)控制專家系統(tǒng)，可任意調(diào)節(jié)脈沖和非脈沖參數(shù)及多特性輸出多用途等功能，適用于CO2氣體保護(hù)焊、MIG/MAG焊、 脈沖MIG/MAG焊和手工電弧焊等。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在焊接領(lǐng)域突現(xiàn)了薄板焊接的需求，市場迫切需求一種簡便的手持式（便攜式）焊接技術(shù)。我所從事研制開發(fā)便攜式節(jié)能型的新型焊機(jī)（它介于固定焊機(jī)和懸掛式焊機(jī)之間）并密切關(guān)注國外動(dòng)態(tài)。我們留意到國外有關(guān)便攜式焊機(jī)的報(bào)道甚少，參展的廠商也僅有少數(shù)幾家，品種規(guī)格也未幾。說明在這個(gè)焊接領(lǐng)域的舞臺(tái)上正有我們可用武之地，我們既然做到了引“狼”進(jìn)室就必須預(yù)備與“狼”共舞，只有練好內(nèi)功，自我加壓才能跳好“獨(dú)步舞”。

數(shù)字化焊接技術(shù)主要利用數(shù)字信號(hào)處理和微機(jī)控制具有的三個(gè)基本功能, 即數(shù)值計(jì)算\數(shù)值分析和實(shí)時(shí)控制, 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化焊接,把軟硬件融合在焊接工藝中,進(jìn)步它的穩(wěn)定性、精確度,生產(chǎn)效率、質(zhì)量和減少飛濺，使可實(shí)現(xiàn)熔滴過渡和弧計(jì)算\數(shù)值分析和實(shí)時(shí)控制, 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化焊接,把軟硬件融合在焊接工藝中,進(jìn)步它的穩(wěn)定性、精確度,生產(chǎn)效率、質(zhì)量和減少飛濺。

奧地利Fronius公司結(jié)合逆變技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)，推出全數(shù)字化TPS系列（TPS2700/TPS4000/TPS5000）焊機(jī)。該系列焊機(jī)是數(shù)字化控制的弧焊逆變器. 其控制系統(tǒng)采用DSP芯片監(jiān)控焊接過程，實(shí)現(xiàn)程序化引弧和收弧、智能化調(diào)節(jié)參數(shù)，簡化了操縱。焊機(jī)具有MIG/MAG、TIG、手工焊和MIG釬焊等多種功能，可實(shí)現(xiàn)熔滴過渡和弧長變化的精確控制。

數(shù)字化焊接日趨發(fā)展

數(shù)字化焊接對(duì)焊接設(shè)備、焊接材料、焊接工藝、焊接輔具等技術(shù)和產(chǎn)品有哪些新的要求？

數(shù)字化焊接應(yīng)用于對(duì)焊縫要求較高的場合，這些場合的焊接設(shè)備中焊接電源必須是逆變型的，才能對(duì)實(shí)在行數(shù)字化控制。假如焊接電源是晶閘管相控型甚至是純電工產(chǎn)品的焊接變壓器，數(shù)字化控制就毫無實(shí)際意義。

數(shù)字化焊接技術(shù)的發(fā)展涉及到焊接技術(shù)領(lǐng)域的方方面面。數(shù)字化焊機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)焊接領(lǐng)域的各個(gè)方面都提出了一些新的要求。

由于數(shù)字化焊機(jī)技術(shù)的發(fā)展，焊機(jī)本身更加高速、高效化、對(duì)熔滴過渡和熔深的精細(xì)控制等特點(diǎn)，要求焊接材料主要是焊絲同樣適應(yīng)高速、高效的焊接特點(diǎn)。同樣的焊接工藝方面也呈現(xiàn)這個(gè)特點(diǎn)，由此帶來的對(duì)變形和應(yīng)力的控制要求更高，尤其對(duì)焊接質(zhì)量智能化提出了更高的要求。

數(shù)字化焊接的高自動(dòng)化特點(diǎn)，對(duì)工裝夾具等焊接輔具的自動(dòng)化水平帶來了更高的要求。全自動(dòng)化的以適應(yīng)數(shù)字化焊接高效要求的工裝夾具成為發(fā)展趨勢(shì)。

在發(fā)展數(shù)字化焊接和生產(chǎn)數(shù)字化焊接設(shè)備方面，我國很多科研院所已經(jīng)做了大量的工作并取得了較好的成果。但是不得不承認(rèn)在國內(nèi)的焊接生產(chǎn)重要領(lǐng)域，仍大量采用國外數(shù)字化產(chǎn)品。我們的數(shù)字化控制產(chǎn)品在技術(shù)成熟度、穩(wěn)定性、功能、可靠性方面以及在多電弧高速焊中的協(xié)調(diào)控制方面尚需要進(jìn)一步完善。在以數(shù)字化控制模式、特性進(jìn)行建模、仿真，對(duì)相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)與開發(fā)應(yīng)用，包括數(shù)字化控制的技術(shù)方案（單純的DSP、DSP-MCU雙機(jī)、ARM嵌進(jìn)式）比較分析綜合應(yīng)用方面進(jìn)行更加深進(jìn)研究。

數(shù)字化焊接電源的不斷發(fā)展將推動(dòng)整體焊接技術(shù)的進(jìn)步，將促使焊接技術(shù)向著焊接工藝高效化、焊接質(zhì)量控制智能化、焊接生產(chǎn)過程機(jī)器人化的方向發(fā)展。隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字化焊接電源的波形控制能力更為精確，為廣大焊接工作者提供了方便的新型焊接工藝研發(fā)手段，使新工藝、新設(shè)備的更新?lián)Q代成為可能。例如：多年來CO2氣體保護(hù)焊接工藝方法大量用于產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)過程，但焊接過程飛濺較大一直是人們急于解決的題目。數(shù)字化焊接電源可以實(shí)現(xiàn)焊接電壓、電流波形在線快速檢測(cè)并計(jì)算短途經(jīng)渡特征參數(shù)，進(jìn)行自適應(yīng)最優(yōu)控制，用現(xiàn)代控制理論算法使特征參數(shù)和焊接規(guī)范始終調(diào)整于最佳范圍內(nèi)，使焊接電弧處于穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)性能最佳的工作狀態(tài)。對(duì)短途經(jīng)渡電流波形的上升時(shí)間、燃弧時(shí)間及下降時(shí)間以及各時(shí)段的電流峰值進(jìn)行精確控制、以達(dá)到進(jìn)一步減小焊接飛濺、改善焊接性能及焊接質(zhì)量的目的。

我所將節(jié)能電阻焊機(jī)系列產(chǎn)品全面實(shí)現(xiàn)了微機(jī)化更新。品種由單一品種發(fā)展成四大系列26個(gè)品種的節(jié)能點(diǎn)焊機(jī)體系，即DNJ便攜式焊機(jī)系列、氣動(dòng)便攜式兩用焊機(jī)系列、懸掛式焊機(jī)系列以及固定焊機(jī)系列；焊機(jī)控制技術(shù)從模擬控制發(fā)展到電子數(shù)字集成控制并終極形成微機(jī)化程序控制，產(chǎn)品普遍采用了計(jì)算機(jī)CPU技術(shù)對(duì)焊接規(guī)范參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化的。優(yōu)化調(diào)節(jié)和匹配、對(duì)焊接電流波形進(jìn)行程序化控制與調(diào)節(jié)、對(duì)焊接全過程進(jìn)行監(jiān)控實(shí)現(xiàn)直觀的數(shù)字顯示:；機(jī)電系統(tǒng)從分立發(fā)展到機(jī)電一體化，專用機(jī)械由單一模式逐漸走向電磁、氣動(dòng)聯(lián)動(dòng)模式，解決了一些過往單機(jī)難以攻克的焊接困難。如：大型油浸變壓器散熱片的專用深點(diǎn)焊機(jī)；汽車發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子引出線的高速熔焊機(jī)；汽車燃油分配器成套多臺(tái)專用焊機(jī)以及半自動(dòng)平面點(diǎn)焊機(jī)等等。

首先要求焊接電源必須具有快速動(dòng)態(tài)反應(yīng)特性；便于獲得任意的外特性曲線外形; 主電路功率管的控制驅(qū)動(dòng)功率要小,可控性好,以便適應(yīng)數(shù)字化高速高效優(yōu)質(zhì)焊接的工藝需求. 根據(jù)這一要求,在機(jī)械\電磁\電子型等三大類控制的焊接電電源中，電子控制型是合適的,特別是以極小功率進(jìn)行電壓控制的IGBT逆變式焊接電源，更多是最佳拍檔；要求改造現(xiàn)有常用的送絲\行走機(jī)構(gòu)\輔具等晶閘管式驅(qū)動(dòng)控制電路；要求送絲\行走機(jī)構(gòu)\輔具等進(jìn)步制造質(zhì)量\精度\可靠性,改善慣性，以便在進(jìn)步焊速過程中,保持穩(wěn)定和焊縫成形均勻性；對(duì)焊接工藝條件要求更高，包括坡口加工精度和表面狀態(tài)，保護(hù)氣體質(zhì)量，同時(shí)要求焊材質(zhì)量有保證，最好開發(fā)性能質(zhì)量更優(yōu)的新材料；對(duì)研發(fā)高層次人才和操縱員的素質(zhì)和水平要求更高，要能理解和把握數(shù)字化焊接技術(shù)原理和性能特點(diǎn)，才能充分其上風(fēng)。

數(shù)字化發(fā)展勢(shì)在必行

發(fā)展數(shù)字化焊接和生產(chǎn)數(shù)字化焊接設(shè)備，我國重點(diǎn)應(yīng)從哪些方面做起？

焊接設(shè)備的可靠性是首要因素。經(jīng)過20多年的努力我國的焊接設(shè)備制造業(yè)有了長足的進(jìn)步，逆變型焊接電源比重在逐年進(jìn)步，并為市場所接受。但是與進(jìn)口的同類產(chǎn)品相比其可靠性方面還有不小的差距。我國大多數(shù)逆變焊接電源的IGBT仍處于硬開通、硬關(guān)斷狀態(tài)，這是一個(gè)極大的安全隱患。只有把軟開通、軟關(guān)斷技術(shù)成功地應(yīng)用于逆變型焊接電源中，焊接設(shè)備的可靠性才有保證。焊接設(shè)備的可靠性進(jìn)步了，數(shù)字化焊接工作才會(huì)有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

大功率電力電子器件長期依靠進(jìn)口和非晶態(tài)鐵磁材料的價(jià)格高昂是制約逆變技術(shù)發(fā)展的又一因素。我國應(yīng)該盡早解決這一題目。

我國的科技和工程技術(shù)職員，多年來在數(shù)字化焊接技術(shù)方面的研究，取得了一定的成果。尤其在實(shí)際工程應(yīng)用方面逐漸成熟，但和國外焊接設(shè)備發(fā)達(dá)的國家比較，仍有一定的差距，這種差距是全面的。正由于此，我們發(fā)展數(shù)字化焊接技術(shù)一定要突出重點(diǎn)，現(xiàn)有的發(fā)展重點(diǎn)仍然應(yīng)放在焊機(jī)主電路和控制電路的數(shù)字化技術(shù)方面，打好基礎(chǔ)，加強(qiáng)科技成果的產(chǎn)業(yè)化工作。

在發(fā)展數(shù)字化焊接和生產(chǎn)數(shù)字化焊接設(shè)備方面，除對(duì)數(shù)字化焊接設(shè)備中電力電子器件與磁性器件性能的研究和優(yōu)化匹配、數(shù)字化電源功率換能性能、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和PWM控制優(yōu)化、大功率逆變式數(shù)字化電源電磁兼容性以及數(shù)字化電源的建模、仿真等科學(xué)進(jìn)行深進(jìn)的研究探討之外，更重要的是打破體制與機(jī)制的束縛，通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方式進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)用性的試驗(yàn)研究，這樣才能推動(dòng)焊接技術(shù)數(shù)字化的持續(xù)發(fā)展。

目前，產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家的焊機(jī)制造廠商幾乎全部進(jìn)進(jìn)逆變焊機(jī)時(shí)代。這是由于逆變焊機(jī)對(duì)大幅度節(jié)省原材料（銅、硅鋼片），降低制造本錢，大幅度減少電耗和明顯改善焊接性能等方面都有突破性的意義，是電焊機(jī)產(chǎn)品發(fā)展的必然，也是我國電焊機(jī)制造業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的必由之路。

由于近幾年國家從基金攻關(guān)課題的角度經(jīng)費(fèi)投進(jìn)較少，行業(yè)中原有的科研院所、大專院校新技術(shù)、新產(chǎn)品研發(fā)能力明顯減弱。而有一批新興的企業(yè)團(tuán)體逐步發(fā)展壯大。呼吁這些有實(shí)力的企業(yè)團(tuán)體，要看到我國明天的焊接市場需求，瞄準(zhǔn)國際焊接技術(shù)的發(fā)展方向，投進(jìn)人力、物力，不惜重金把握先進(jìn)技術(shù)。在我國焊接行業(yè)中逐步形成多家大型企業(yè)團(tuán)體，以進(jìn)步國內(nèi)焊接企業(yè)在國際市場的競爭力。例如：華崴團(tuán)體在逆變焊接電源領(lǐng)域瞄準(zhǔn)國際尖端技術(shù)，不斷開發(fā)焊機(jī)中的高檔精品，與焊接界同仁共同努力，將國產(chǎn)逆變式焊接電源產(chǎn)品推向國際先進(jìn)水平，在逆變焊接電源領(lǐng)域達(dá)到強(qiáng)國地位。

在實(shí)現(xiàn)微機(jī)化的基礎(chǔ)上，我所最近又進(jìn)一步提出了“智能化”的奮斗目標(biāo)：未來的焊機(jī)將包含：對(duì)各種信息、數(shù)據(jù)、圖像和邏輯的處理和綜合；對(duì)焊接規(guī)范的智能化設(shè)計(jì)；對(duì)焊接規(guī)范曲線的程序化設(shè)定和視屏編程；對(duì)各種焊接工藝參數(shù)（即專家系統(tǒng)）的存儲(chǔ)和選用；對(duì)焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)和判定；對(duì)廢品的剔除和合格質(zhì)量水平的認(rèn)定，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的編程控制和多語言的操縱系統(tǒng)等等。使操縱者“傻瓜化”，做到真正意義上的高質(zhì)、高速、高效、高益、走節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的路。

數(shù)字化焊接技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在人才，面向21世紀(jì)的焊接專家應(yīng)把握數(shù)字化技術(shù)為核心的控制技術(shù)，既懂焊接又懂?dāng)?shù)字化控制.高層次的人才應(yīng)以寬厚的基礎(chǔ)知識(shí)為底功，高出發(fā)點(diǎn)、高水平跟蹤數(shù)字化技術(shù)，研發(fā)數(shù)字化新技術(shù).低中層次人才應(yīng)以熟練應(yīng)用操縱化新技術(shù)。低中層次人才應(yīng)以熟練應(yīng)用操縱為培養(yǎng)目標(biāo)，以適應(yīng)現(xiàn)代焊接的需要,同時(shí)充分利用數(shù)字化焊接技術(shù)功能和潛力，并取得最佳焊接效果。