簡述國產高頻逆變螺柱焊機及其技術性能

深圳信息職業技術學院  劉孫東

                            （深圳信息職業技術學院，廣東  深圳      518029）

      摘要：應用高頻逆變技術、全橋軟開關技術和DSP數字控制技術生產的高頻逆變長、短周期電弧式螺柱焊機的基本原理、技術性能；高頻逆變螺柱焊機與工頻螺柱焊機相比的技術優勢，及其高頻逆變螺柱焊機所具有的市場前景。

關鍵詞：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、建筑等行業最常用的工具。使用螺柱焊機焊接螺柱，在接過程中，不需要填充料，焊接直徑較小的焊釘時，也不需要任何保護，是一種焊接工藝簡單，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，近些年才開始在我國推廣，而且使用還不夠廣泛。但隨著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，第一類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儲存起來，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單、耗電量小、焊接時間短、操作方便、在焊接薄板時不宜變形等優點，是五金機箱機柜等制造行業常用的工具。

      第二類是長短周期電弧式螺柱焊機。長周期電弧式螺柱焊機是指焊接時間一般在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、鋼構等行業常用的工具。短周期電弧式螺柱焊機是指焊接時間在焊接時間一般在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、造船和五金行業必備的焊接工具。

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

為改變這種局面，中國焊接界同仁屢敗屢戰，經過十幾年的努力，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周期兩種。高頻逆變短周期螺柱焊機的焊接時間一般在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；高頻逆變長周期螺柱焊機的焊接時間一般在300ms-2000ms之間，焊接電流最大可達2500A；可焊接直徑在8mm-25mm以內的螺柱（栓釘）。

      無論是長周期還是短周期，高頻逆變螺柱焊機都采用了IGBT逆變技術，全橋軟開關技術和DSP數字控制技術，具有變壓器體積小、整機分量輕、耗電量少、控制精度高、焊接質量穩定等特點。其中高頻逆變短周期螺柱焊機整機重量在60KG以內；高頻逆變長周期螺柱焊機整機重量在120KG以內。

     高頻逆變螺柱焊機的工作原理如下：

     三相50HZ的交流的電經過電磁兼容電路、三相整流橋、軟起動電路、平滑濾波電路、橋式開關電路。再由DSP產生的PWM控制信號經已隔離驅動電路控制IGBT的通斷，再經過高頻變壓器和軟開關換流電路將能量傳遞到輸出整流濾波電路，經螺柱自動送料機、半自動螺柱焊槍（手動螺柱焊槍）對螺柱進行焊接。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，經過特殊工藝制作而成。DSP逆變控制器，是通過DSP產生的PMW信號經M57962Ｌ放大后，驅動橋路IGBT，然后經變壓器，變壓、整流、濾波輸出弧焊電流的。信號反饋電路有四個環路，兩個電流內環：一個電流外環和一個電壓外環。

該機器設有溫度監測和保護電路，通過DSP可監測前、后橋散熱板的溫度，并對其進行過熱保護和告警。設有電源電壓，直流母線電壓和控制電源電壓監控電路，通過DSP進行監測和告警。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題。短周期螺柱焊機工作時暫載率大于10%，長周期螺柱焊機工作時暫載率大于30%。

      高頻逆變螺柱焊機采用了零電壓和零電流高頻軟開關電源技術和DSP脈寬調制技術，簡化了硬件電路。通過軟件來實現對反饋電流、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、環保節電、成本低、輸出功率最高可達150KW，基本上滿足了我國各行業對螺柱焊機的需要。

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，具有以下技術優勢：

     （1）.提高了變壓器的性能，長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，現場移動非常方便，而且比工頻電弧螺柱焊機節能30%以上。就長周期高頻逆變螺柱焊機的所采用的技術和具有的功能而言，其技術水平已經據世界領先地位。

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

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

     （4）.高頻逆變螺柱焊機采用了DSP數字控制技術，相應速度以微秒計算，提高了螺柱焊機的動態特性和控制精度，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單，故障維修更為方便。

目前，高頻逆變短周期螺柱焊機已經在一汽大眾、北京奔馳等多個汽車生產廠家使用，完全可以代替進口螺柱焊機；高頻逆變長周期螺柱焊機也在我國多個重點建設工程中得到廣泛運用。