关键词：交流焊机；直流焊机；逆变焊机；交直流变换；封闭有限；开放无限

Abstract: In the introduction of AC welding machine and inverter welding machine，four kinds of current transformation forms are explained. In the introduction of the development process of DC welding machine and inverter welding machine，we can see the defects of AC welding machine，recognize that inverter welding machine plus digital technology is the development future of welding machine，and point out that the sealing of AC welding machine is limited，while the development space of inverter welding machine is unlimited. This platform is open and fair，so that welding enterprises can catch up with them through innovative research and development efforts.

Key words: AC welding machine; DC welding machine; Inverter welding machine; AC/DC conversion; Closed limited; Open unlimited

1  引言

逆变是在直流电源的场合下，把它变成交流电源。逆变技术是电力电子技术中最主要、最核心的技术之一，它主要应用于各种逆变电源、变频电源、开关电源、UPS电源、交流稳压电源、电力系统的无功补偿、电力有源滤波器、变频调速器、变频器、电动汽车、电气火车、燃料电池静、置式发电站、车载逆变器等。特别是在以直流发电机、蓄电池、太阳能电池和燃料电池为主直流电源的场合,具有广泛的应用前景。而把逆变技术用于电焊机上，这样的焊机我们称为逆变焊机。逆变焊机不是简单的直流变交流，而且有些逆变焊机为了提高焊机性能及焊接质量还进行二次逆变，有些逆变焊机还是交直流两用，根据需要既可输出直流电，也可输出交流电，用户可以自由选择交直流。逆变焊机其变换顺序可简单地表示为：工频交流（经整流滤波）→直流（经逆变）→中频交流（降压、整流、滤波）→直流。即为：AC→DC→AC→DC。

2  交-直流相互变换的四大种类

电力电流变换通常分为四大类：交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变；直流变直流称为斩波（直流斩波有电压或电流两种变换）；交流变交流可以是电压或电力的变换，称作交流电力控制（变压），也可以是频率或相数的变换（变频/变相），交流变换是一种可以改变电压大小、频率、相数的交流变交流电力变换技术。文字表示：交流-交流或交流→交流；符号表示：AC-AC或AC→AC。这四种电流变换在电焊机全部存在。老式交流焊机就是交流电压的变换，这种变换比较简单。

3  直流焊机的发展我国有两种说法

直流电焊机常见的有晶闸管（可控硅）整流和逆变两种，现在用的最多的是逆变焊机。但直流焊机的发展在我国有下列两种说法。有5代和8代之说，8代之说更详细些而已。

一种说法认为直流焊接电源的发展经历了5个时代：(1)直流弧焊发电机（简称弧焊发电机又称旋转式直流弧焊机或旋转直流弧焊机）；(2)二极管整流焊机；(3)晶闸管（可控硅）整流焊机；(4)斩波式焊机；(5)逆变焊机。

另一种说法认为直流弧焊机的发展过程经历了8个时代：(1)直流弧焊发电机（简称弧焊发电机又称旋转式直流弧焊机或旋转直流弧焊机）；(2)硅整流弧焊机；(3)晶闸管（可控硅）整流弧焊机；(4)晶闸管（可控硅）逆变焊机；(5)晶体管逆变焊机；(6)场效应管逆变焊机；(7)IGBT逆变焊机；(8)数字化IGBT逆变焊机。

直流弧焊发电机是一款在焊接的过程中提供直流电的发电机，焊接设备的一个组成部分。它主要由三相交流异步电动机和直流发电机构成的同轴发电机组、控制箱、电流调节器等组成。直流弧焊发电机的制造较复杂、造价高，有运转噪声，消耗材料较多且效率较低，有渐被弧焊整流器取代的趋势。直流弧焊发电机它是一种特殊的直流发电机。直流弧焊发电机除了能发电之外，还具有能够满足焊接工艺要求的性能。

直流斩波器又称为截波器，它是将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源装置，是一种直流对直流的转换器。已被广泛使用，如直流电机的速度控制、交换式电源供应器(Switching-Power-Supply)等。所以，斩波器就是用来实现直流电变压变流。斩波器是接在恒定直流电源和负载电路之间，用以改变加到负载电路上的直流电压平均值的一种变流装置，这种装置也叫直流断续器。(1)周期为常数，改变脉宽，叫脉宽调制法，即定频调宽式。(2)脉宽为常数，改变周期的大小，叫频率控制法，即定宽调频式。斩波式焊机就是应用这项技术。

4  逆变焊机的四个发展阶段

逆变焊机的发展主要经历了晶闸管（可控硅）逆变焊机、大功率晶体管逆变焊机、场效应晶体管逆变焊机（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）逆变焊机的四个发展阶段。逆变电源所用的开关元件有SCR(晶闸管)、GTR(晶体管)、MOSFET(场效应管)及IGBT(兼有GTR和MOSFET优点的一种电子元件)。IGBT有取代其他几种开关元件之势，IGBT逆变焊机是当今世界焊机技术的重大进步，发展的新潮流。

5  我国逆变焊机的认识误区及发展

我国逆变焊机的研究开发起步于20世纪70年代末期，于20世纪80年代开始发展。1982年，成都电焊机研究所开始了对晶闸管（可控硅）逆变式弧焊整流器的研究，于1983年研制出我国第一台商品化的ZX7-250晶闸管（可控硅）逆变式焊割设备，并通过了该项目的部级鉴定。随后，清华大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学等单位相继推出了采用各种开关元件的逆变式焊机。ZXG系列硅整流（死硅）式弧焊机属于最原始的直流焊机。第一代逆变可控硅（晶闸管）结构直流焊机，第二代逆变晶体管焊机，第三代逆变MOSFET场效应管焊机，第四代逆变IGBT绝缘栅极晶体管焊机。我国逆变焊机现正向第四代新兴数字化逆变焊机迈进。

我国逆变焊机的研发生产热潮及相关企业大量倒闭带来的人们对逆变焊机认识的误区，很多人认为逆变焊机质量不好，不如交流焊机经用。回顾中国焊机行业的发展历程，在20世纪90年代是焊机行业动荡最大、争论最多、增幅下降迅速的年代，核心问题是中国焊机制造业如何创新发展的方向问题。根据1999年度我国电焊机行业基本情况调查数据显示，电焊机行业原机械部定点电焊机生产厂38个，这38个生产厂大部分有30余年的历史，是新中国第一批焊接设备制造厂，曾经为我国工业现代化进程做出了贡献。但由于多年产品结构老化，面临着产品技术含量低，开发资金不足，不能及时引进先进技术等问题。在38家定点企业中，1999年统计除一家微利外，其余全线亏损，有许多厂处于停产、半停产状态，而如今这38家电焊机生产厂几乎全被淘汰出局。逆变热是在92～95年期间席卷中国的,一时间上百家乃至上千家企业都在研制逆变焊机,都已不同程度地开发出了不同规格的试验产品。1992～1993年由于经济建设飞速发展,也带动了电焊机行业的发展,电焊机的需要量急剧上升,各个大大小小的焊机厂家如雨后春笋般建立,出现了一种不正常的“逆变焊机热”一轰而上带来的负面效应。从1994年～1999年,由于经济结构调整后加工业不景气,焊机市场一直处于低迷状态,导致很多焊机生产厂家倒闭,有相当多的企业因此而倒闭、破产,无疑使用户及老的焊机制造厂变得更胆怯,由此出现了有产业化经验的企业不敢涉足此领域,无产业化经验的新型企业不能立足于此领域,以至出现了恶性循环。中国焊机行业在90年代处于10年低潮时期，其原因是老企业找不到方向，新企业规模都太小。90年代中期，焊机行业各界权威不断地发表着自己的见解，其实质问题就是逆变焊机是不是中国焊机行业的发展方向。这是涉及政府官员、行业主管、专家学者、生产企业及广大用户的一场全行业大辩论。现在仍然还是有很多人对逆变焊机保持怀疑态度，不相信逆变焊机。根据笔者走访调研，某些重点大学实训中心焊接实训教学用的手工电弧焊焊机还是老式交流弧焊机，由于认识的误区，更换手工弧焊机时，还是换老式交流焊机，不愿意更换最新的逆变焊机。但同时又有现代的焊接机器人，激光焊接等最新设备，学生实训时给人感觉新旧两种设备同时存在，十分不协调。实际上，最新的焊接机器人和及激光焊接都用上逆变技术。市场就是最好的检验，现在市场基本都是逆变焊机，而且都是第4代IGBT逆变焊机。

面对中国市场的巨大需求，一批有远见的民营企业家经过多年的艰苦奋斗，前赴后继，代表中国焊机行业新生代的IGBT逆变焊机终于被中国广大用户认可，被专家学者认可。可以说这是新旧技术变革与创新的成功。从近几年埃森国际焊接展览会的参展展品中充分说明了这一问题，中国企业展示的焊机产品几乎全部是IGBT逆变焊机。

6  国外焊机巨头伊萨ESAB公司与国内焊机巨头时代公司

伊萨（ESAB）的历史可以说是焊接行业的发展史。1904年，公司创始人Oscar Kjellberg研发出全球第一根药皮焊条，并由此创立了伊萨公司。一百多年来，伊萨用创新和严格的标准帮助整个焊接行业创造了它的历史。伊萨是一家全球领先的焊接与切割设备及材料制造企业。作为一家全球领先的制造企业，以自身的专业知识和丰富经验为基础，打造了享誉世界的创新设备和解决方案。伊萨（ESAB）公司的产品颜色以黄色作为标志。

时代公司曾经是伊萨（ESAB）焊机公司的A10-50气保焊机的维修站,公司的人员曾在伊萨（ESAB）公司接受过维修培训。几年来,时代公司也为伊萨（ESAB）公司推广了近六百台气保焊机,对焊机的市场状况比较熟悉,对焊机的用户也比较熟悉,从一个卖焊机修焊机的企业成为一个制造焊机的国内强大企业。从2003年开始，时代焊机批量出口40多个国家。同样，时代公司也是黄色作为产品标志。时代公司的成功离不开逆变技术和数字技术，他们研发的产品离不开逆变和数字这个开放平台的结合创新。

7  交流焊机与逆变电焊机的特点

7.1  交流电焊机的特点

优点：(1)价格便宜；(2)一般不容易出故障。

缺点：（1）体积大、笨重、搬运不方便；（2）耗能、费电；（3）一般只能焊酸性焊条；（4）电流调节不方便，得使劲摇手柄；（5）单相供电，造成电网不平衡，影响其它设备工作。

7.2  逆变焊机的特点

优点：（1）同规格400A焊机体积比交流焊机一般小一半以上，重量约为交流焊机的1/3左右，移动特别方便；（2）同规格的逆变焊机比交流焊机节约电能1/3以上；（3）酸性、碱性焊条都可以焊接；（4）电流调节很方便，只要旋一下电位器就可以，一般焊机还有电流预显功能；（5）三相供电，对电网影响较小。

缺点：（1）价格相对较高；（2）维修比较复杂，一般需要专业人员维修。

8  交流焊机的封闭有限与逆变焊机的无限开放

形象地打个比方，交流电焊机就像手机中老人机，而逆变焊机就像就像手机中的智能机。老人机再怎么开发也很难增加功能，它非常有限，是封闭的。智能机是开放无限的，可以无限开发和发展。传统的交流焊机也是封闭有限的，很难开发和发展。而逆变焊机是开放无限的，可以无限发展。IGBT逆变焊机已经成为世界焊机的新潮流,是焊机技术的重大进步,显示出强劲的生命力。中国焊机界应该清醒认识并迎头赶上,缩短和世界先进技术的差距。而且逆变技术很容易数字化，这样给逆变焊机的开发带来了无限的空间。逆变焊机可以做的很小，民用型逆变焊机可以做到手掌大小，而且很轻，一只手就可以托起。工业型逆变焊机也可以做到一机多用，一台焊接具备多种焊机功能，这些交流焊机都无法达到。如时代集团公司先后成功地开发了数字化逆变式焊机产品，产品技术水平和外观与国外产品的差距正在明显缩小。有些国内企业在高端产品方面也推出了可与国外同类产品相媲美的展品，例如：上海新亚电焊机有限公司新推出的IGBT逆变焊脉冲MIG/MAG气体保护焊机。中国企业焊机品种类不断增多，产品技术水平与国外产品的差距正在不断缩小。历经20年的发展，中国企业不仅提高了产品的市场竞争实力，而且正在逐步打入国际市场。逆变技术的开发是自由无限的，我国的厂家可以根据市场需求开发自己的产品，也可以把自己设计的逆变焊机投放到市场，引领消费者使用自己的产品，就像苹果、华为手机可以引领消费者去使用他们设计的产品。由于逆变技术是可以和数字技术结合的，所以，我国的焊机企业加大研发创新，完全是可以从跟跑者到并跑者再到领跑者。时代公司的成功离不开逆变技术和数字技术，他们研发的产品离不开逆变和数字这个开放平台的结合创新。国外逆变技术在焊接领域的进展很快，已广泛应用于各行各业,逆变焊机在焊机总量中的占有量逐年提高。从长远观点来看，逆变焊接电源是焊接电源的发展方向，国外逆变焊机的发展也充分说明了这一点。目前在工业发达国家，焊条电弧焊、TIG焊、MIG/MAG焊已经广泛采用逆变电源。世界上几家主要焊机制造厂商都已成了逆变焊机产品系列化，并以此作为技术水平的标志之一。逆变焊接电源是焊接电源发展的必然趋势。逆变式焊接电源体积小、重量轻、节能省材，由于工作频率高，而具有很高的响应速度，易于实现复杂的输出特性，改善焊接工艺。所以将来无论自动、半自动焊接设备，还是专用成套焊接设备的配套电源都必将更广泛的采用逆变焊接电源。目前,工业发达国家的焊机制造厂商几乎全部进人逆变焊机时代。节能、低碳、环保新型逆变焊机是中国未来电焊机的发展方向，从近几年埃森国际焊接展览会的参展展品中充分说明了这一问题，中国企业展示的焊机产品几乎全部是IGBT逆变焊机。

9  结束语

总之，逆变焊机与数字结合是未来焊机发展的方向，它的开放无限性为设计生产企业提供了公平的竞争舞台，没有先后，后来者完全可以从跟跑到并跑再到领跑。如：可以开发语音控制（声控），红外、网络控制焊机等等。老企业不创新一样会落后，新企业不断创新和开发不断满足消费者，一样可以成为强者。摩托罗拉、诺基亚、爱立信曾经都是手机大佬，现在手机市场却是苹果、华为、三星三分天下。那么，焊机企业不跟上逆变数字大潮一样会被市场淘汰出局。

参考文献：

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[7]李玉珠,郑卫刚. 浅谈一流大学工程训练中心软实力及巧实力建设[J]. 网友世界,2012(12):56-58.

作者简介：
张沈骏（1977— ） 男 ，技师 ，主要研究方向为热处理与焊接自动化技术

郑卫刚（1967-）男，湖北武汉人，技师，大学，主要研究方向为机电技术，发表论文300余篇