1 國內(nèi)外逆變式焊機(jī)發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 

    現(xiàn)代焊接設(shè)備的發(fā)展與電力電子技術(shù)和器件的發(fā)展密切相關(guān)。 50年代末，功率半導(dǎo)體二極管開始用于焊接電源，所構(gòu)成的弧焊整流器明顯優(yōu)于弧焊發(fā)電機(jī)。70年代初，由晶閘管（SCR）構(gòu)成的可控整流式弧焊機(jī)的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)開始進(jìn)入焊接電源設(shè)備領(lǐng)域。SCR弧焊機(jī)的電氣特性和工藝特性優(yōu)于二極管整流弧焊機(jī)，是當(dāng)時廣泛應(yīng)用的一種重要焊接電源設(shè)備。70年代中到80年代中，性能優(yōu)良的自關(guān)斷電力電子開關(guān)器件：功率晶體管（GTR），功率場效應(yīng)管（MOSFET），絕緣柵晶體管（IGBT），可關(guān)斷晶閘管（GTO）等相繼出現(xiàn)。70年代末開始出現(xiàn)晶閘管式逆變弧焊機(jī)并主要應(yīng)用于TIG和手工電弧焊，后來又推廣到CO 2 、 MAG等焊接方法和切割。1982年，華南理工大學(xué)訪問學(xué)者在德國首先研制成功場效應(yīng)管式弧焊逆變器，其應(yīng)用領(lǐng)域從TIG到手工電弧焊、氣體保護(hù)焊以及切割，促進(jìn)了焊接設(shè)備更新?lián)Q代的發(fā)展。80年代末又出現(xiàn)IGBT式逆變焊機(jī)，主要應(yīng)用于各種電弧焊和切割。以功率晶閘管、晶體管、MOSFET、IGBT等為開關(guān)器件的新一代弧焊逆變器，采用高頻PWM開關(guān)技術(shù)和微電子控制技術(shù)，淘汰了笨重的工頻變壓器和笨拙的電磁控制方式。它不僅具有高效節(jié)能、體積小、重量輕、多功能、多用途等優(yōu)點(diǎn)，而且具有良好的動、靜態(tài)特性和工藝特性。因而，新一代的弧焊逆變器自問世以來，受到廣泛的重視，發(fā)展迅猛。1989年世界焊接與切割博覽會（埃森博覽會）上有30多家廠商展出了弧焊逆變器。1993年的埃森會上，絕大多數(shù)的廠商都展出了弧焊逆變器及設(shè)備。據(jù)IIW XIIC 1993年11月所作的調(diào)查，逆變式焊機(jī)在日、美、歐等地使用的焊機(jī)中占17%，其中在氣體保護(hù)焊和TIG焊中占30%以上。到了1996年，日本日立公司的IGBT逆變焊機(jī)已占MIG/MAG焊機(jī)的70%，占TIG焊機(jī)的95%以上，占切割機(jī)的100%，日本松下，大阪變壓器公司的逆變式焊機(jī)都超過50%。以IGBT，MOSFET等為開關(guān)器件的弧焊逆變器，有著廣泛的應(yīng)用前景，是當(dāng)前國際焊接電源設(shè)備發(fā)展的主流和方向。 

    在我國，逆變式焊機(jī)的研究工作始于 80年代初，緊跟國際研究開發(fā)的進(jìn)程，水平差距也不大，已形成三代產(chǎn)品。第一代是以SCR為主開關(guān)器件的弧焊逆變器，其逆變頻率為2000-5000Hz。第二代是以GTR或MOSFET為主開關(guān)器件的弧焊逆變器，其逆變頻率為20kHz-50kHz。第三代為IGBT弧焊逆變器，逆變頻率為20kHz-30kHz。到90年代初，多個規(guī)格的一、二、三代的弧焊逆變器已在多所高校和研究所研究成功，并逐漸進(jìn)入小批量生產(chǎn)，但大批量生產(chǎn)和大面積推廣應(yīng)用逆變式焊機(jī)卻比較緩慢。能進(jìn)行批量生產(chǎn)廠家為數(shù)不多，并開始于大約90年代中后期。 

    2 逆變式焊機(jī)的發(fā)展方向 

    逆變式焊機(jī)總的發(fā)展趨向是向著大容量、輕量化、高效率、模塊化、智能化發(fā)展并以提高可靠性、性能及拓寬用途為核心，愈來愈廣泛應(yīng)用于各種弧焊方法、電阻焊、切割等等工藝中。高效和高功率密度（小型化）是國際上弧焊逆變器追求的主要目標(biāo)之一。高頻化和降低主要器件的功耗是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要技術(shù)途徑。當(dāng)前，在日、美、歐等國和地區(qū)， 20kHz左右的弧焊逆變器技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)品的質(zhì)量較高且產(chǎn)品已系列化。弧焊逆變技術(shù)正朝以下方向發(fā)展： 

（ 1）沿20kHz的技術(shù)路線開發(fā)研制50kHz，100 kHz級的弧焊逆變器。 

（ 2）探討旨在降低電力電子器件開關(guān)功耗，提高開關(guān)頻率的零電壓，零電流開關(guān)（軟開關(guān)）技術(shù)，其中包括電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工程實(shí)現(xiàn)。
（ 3）研制和生產(chǎn)大容量的逆變式焊機(jī)。 

（ 4）研制和生產(chǎn)智能控制的逆變式焊機(jī)。 

（ 5）研究功率因數(shù)校正和減少電網(wǎng)諧振干擾 

    3 逆變式焊機(jī)存在的問題和對策 

    3.1 存在的問題 

    由于帶有“急功近利”的浮躁心態(tài)，一哄而上的逆變熱有較大的負(fù)效應(yīng)和潛伏著重大的危機(jī)。 1992年中國焊接協(xié)會受機(jī)電部委托對國內(nèi)有代表性的一種ZX7-400晶閘管逆變式焊機(jī)進(jìn)行測試評定，其結(jié)論是：“國產(chǎn)晶閘管逆變弧焊機(jī)的可靠性較差”。第二、第三代315A及以下的逆變式焊機(jī)已有不少單位通過技術(shù)鑒定，但在批量生產(chǎn)時遇到困難，主要是產(chǎn)品的可靠性差，返修率高。國家計委已將此問題列為“八五”攻關(guān)課題，可靠性指標(biāo)定為5000h,實(shí)際的調(diào)查和測試表明：國內(nèi)、外逆變焊機(jī)的焊接工藝性能相差不大，主要差別在于可靠性，尤其是大容量焊機(jī)。IGBT逆變式焊機(jī)在發(fā)展中存在的問題是由于逆變熱在1992-1995年間“席卷”中國，上百家企業(yè)都在研制逆變式焊機(jī)，都已在不同程度上開發(fā)出不同規(guī)格的樣機(jī)或產(chǎn)品。生產(chǎn)廠家相互競爭，將一批批實(shí)驗(yàn)室的樣機(jī)和未經(jīng)實(shí)驗(yàn)中的不成熟的產(chǎn)品推向市場，但很少有人對可靠性、焊接工藝和維修等方面作深入的研究和扎實(shí)的工作。由于大量不成熟的產(chǎn)品推向市場，使中國的用戶對逆變焊機(jī)的可靠性存有很大的疑慮，致使欲更新焊機(jī)的用戶更加謹(jǐn)慎。 

    逆變式焊機(jī)在我國具有極大的推廣價值和巨大的市場。目前制約國產(chǎn)逆變式焊機(jī)推廣和廣泛應(yīng)用的主要因素不是價格，不是焊機(jī)的性能，而是可靠性。逆變焊機(jī)的可靠性，另一個問題是在生產(chǎn)過程中我們要把其作為大功率電子產(chǎn)品來對待，要有相應(yīng)的生產(chǎn)、檢測手段，相應(yīng)的人員素質(zhì)。這與傳統(tǒng)焊機(jī)的生產(chǎn)要求有著質(zhì)的不同，不然的話，上千種電子元器件組成的高性能逆變焊機(jī)的可靠性就無從保證。因此，提高國產(chǎn)逆變式焊機(jī)的可靠性是我國傳統(tǒng)焊接電源設(shè)備更新?lián)Q代的關(guān)鍵。 

    3.2 對策 

    逆變式焊機(jī)存在可靠性和質(zhì)量問題，究其原因主要有：①技術(shù)不成熟。②主電路參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，主電路器件（電子功率開關(guān)管如 IGBT、MOSFET、快速二極管、磁芯材料等）選擇不合理。③保護(hù)環(huán)節(jié)（如RCD參數(shù)）沒有達(dá)到優(yōu)化配合。④制造工藝結(jié)構(gòu)安排和布線不合理，型式試驗(yàn)和器件（含電路板）檢測手段落后或不嚴(yán)格。⑤生產(chǎn)規(guī)模小，未能使用生產(chǎn)線和模具進(jìn)行組裝調(diào)試。 

    為此建議如下的對策來解決可靠性和質(zhì)量問題： 

    （ 1）對不成熟的技術(shù)產(chǎn)品（實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)）不能過早投入批量生產(chǎn)而必須通過小試、中試等階段進(jìn)行“催熟”，反復(fù)改進(jìn)和完善，“幾上幾下”，進(jìn)行試制試用改進(jìn)，在質(zhì)量和可靠性真正解決后才能投入批量生產(chǎn)。 

    （ 2）理論計算和試驗(yàn)校正相結(jié)合，使決定著可靠性和質(zhì)量高低的關(guān)鍵性主電路和設(shè)計盡可能合理，最好采用計算機(jī)仿真和CAD，既可節(jié)省設(shè)計和制造調(diào)試逆變器的時間，又可減少逆變主電路元器件的燒損。此外，通過電子功率器件的特性測試儀，對關(guān)鍵性的器件（IGBT、快速二極管等）進(jìn)行認(rèn)真檢測和挑選、匹配。 

    （ 3）合理設(shè)計電子功率開關(guān)管的保護(hù)環(huán)節(jié)，并在主電路調(diào)試期間細(xì)心地進(jìn)行阻容參數(shù)的最優(yōu)匹配。 

    （ 4）利用電路板專用測試儀認(rèn)真檢測其各部分是否正常工作，只有先進(jìn)的配套專用設(shè)備才能減少各種偏差，保持一致性，并對元器件和整機(jī)進(jìn)行老化和測試試驗(yàn)。 

    （ 5）盡可能擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以便使用生產(chǎn)線、自動操作機(jī)，模具等先進(jìn)手段，確保產(chǎn)品制造工藝的一致性和準(zhǔn)確性，從而確保每臺產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性。 

    （ 6）推廣精品焊機(jī)，先進(jìn)的手段加上可靠耐用的元器件、部件，才能使逆變焊機(jī)走向良性循環(huán)。不在低售價、低利潤→低劣元器件→低質(zhì)量→低信譽(yù)，更低售價里惡性循環(huán)。