弧焊电源论文

弧焊电源技术的发展现状与趋势分析弧焊技术是现代焊接技术的重要组成部分，其应用范围几乎涵盖了所有的焊接生产领域。电弧焊作为一种基本的金属处理方法，被广泛的运用于国民经济的各部门，为电弧焊提供能量的弧焊电源从诞生起已取得了很大的发展。1弧焊电源发展历程作为一种气体导电的物理现象，电弧是在19世纪初被发现的，直到1885年俄国人别那尔道斯发明碳极电弧可以看作是电弧作为热源应用的创始，而电弧真正运用于工业是在1892年发现金属极电弧后。上世纪40年代研究成功埋弧焊，而随着航天与原子能的发展出现了氩弧焊。上世纪50年代出现了CO2与各种气体保护焊并研究出等离子弧焊，到70 - 80年代，弧焊电源的发展更是出现飞跃:多种型式的弧焊整流器相继出现和完善，研制成功多种型式的脉冲弧焊电源，为进一步提高焊接质量和适应全位置焊接自动化提供了性能优良的弧焊电源。此外，还先后研制成功高效节能，性能好，晶闸管式、晶体管式、场效应管式和IGBT弧焊逆变器。随着新型弧焊技术的发展，弧焊电源也有了长足的进步。2弧焊电源的分类、特点及运用2.1 弧焊电源的分类弧焊电源的分类无论是国内还是国外都有不同的分类方法，因此其结果也不尽相同，本文采用陈祝年的分类方法。2.2各种弧焊电源的特点及运用弧焊变压器，它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电，由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成。它具有结构简单、易造易修、成本低、效率高等优点，但其电流波形为正弦波，输出为交流下降外特性，电弧稳定性较差，功率因数低，但磁偏吹现象很少产生，空载损耗小，一般应用于手弧焊埋、弧焊和钨极氩弧焊等方法。矩形波交流弧焊电源，它采用半导体控制技术来获得矩形波交流电流，其电弧稳定性好，可调参数多，功率因数高。它除了用于交流钨极氩弧焊(TIG)外，还可用于埋弧焊，甚至可代替直流弧焊电源用于碱性焊条手弧焊。直流弧焊发电机，一般由特种直流发电机和获得所需外特性的调节装置等组成.它的缺点是空载损耗较大、磁偏吹现象较明显、效率低、噪声大、造价高、维修难；优点是过载能力强、输出脉动小，可用于各种弧焊方法的电源，也可用柴油机驱动用于没有电源的野外施工。弧焊整流器，它是把交流电经降压整流后获得直流电的，外特性可以是平的或下降的，它由主变压器、半导体整流元件以及获得所需外特性的调节装置等组成。与直流弧焊发电机比较，它具有制造方便、价格低、空载损耗小、噪声小等优点，而且大多数可以远距离调节，能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响，但有磁偏吹现象.它可作为各种弧焊方法的电源。弧焊逆变器，它把单相(或三相)交流电经整流后，由逆变器转变为几百至几万赫兹的中频交流电，经降压后输出交流或直流电。整个过程由电子电路控制，使电源具有符合需要的外特性和动特性。它具有高效节电、质量轻、体积小、功率因数高、控制性能好、动态响应快易于实现焊接过程的实时控制、焊接性能好等独特的优点，可用于各种弧焊方法，是一种最有发展前途的普及型弧焊电源。脉冲弧焊电源，焊接电流以低频调制脉冲方式馈送，一般是由普通的弧焊电源与脉冲发生电路组成，也有其他结构形式。它具有效率高，输入线能量较小，可在较宽范围内控制线能量等优点。这种弧焊电源用于对热输入量比较敏感的高合金材料薄板和全位置焊接，具有独特的优点。3弧焊电源技术的现状与发展3.1弧焊电源技术的现状传统的弧焊电源，如占焊机总产量90%的手弧焊机生产中，是以技术落后的矩形动铁式和大量耗材的动圈式交流弧焊机为主。在我国直流弧焊电源中，在国家三令五申下，虽已逐步减少了电力拖动的旋转式直流弧焊发电机的生产，但未能完全禁绝。对整流式弧焊电源的推广，也是较为困难，由于老式的硅整流弧焊电源的性能难以与旋转式直流弧焊电源相匹敌，而国家重点推广的晶闸管整流电源ZX5 -250、ZX5 - 400初期性能并不稳定，使用户无所适从，这一局面直到90年代中期才得到改变。数字化弧焊技术是一种新兴的技术，数字化弧焊电源是指焊机主要的控制电路由数字控制技术替代传统的模拟控制技术，且在控制电路中的控制信号也由模拟信号过渡到0 /1编码的数字信号。数字系统与模拟系统相比有着明显的优势，数字系统具有系统灵活性好、控制精度高、稳定性与产品一致性好、接口兼容性好以及系统功能升级方便等特点。1994年，国外Fronius公司的Lahnsteiner.Robert指出，现代GMAW焊接电源应满足多方面的不同需求，如:适合于短路过渡焊接、脉冲焊接、射流过渡焊接和高熔敷率焊接等焊接工艺，合理的焊接电源外特性可以通过原边工作于开关状态的逆变电源实现；大量的焊接规范参数的设计必须实现Synergic控制(一元化控制)以使焊接电源便于操作；为满足新的质量控制要求，焊接电源必须实时记录焊接规范参数、识别偏差量 。基于上述思想，伴随着新型的功能强大的数字信息处理器DSP的出现，Fronius公司推出了全数字化焊接电源，随后Panosonic等公司也推出了各自的数字化焊接电源产品，并相继进入中国市场。数字化焊接电源实现了柔性化控制和多功能集成，具有控制精度高、系统稳定性好、产品一致性好、功能升级方便等优点 。如Fronius公司的Transplus synergic 2700 /4000 /5000系列产品在一台焊机上实现了MIG/MAG、TIG和手工电弧焊等多种焊接方法，可存储近80个焊接程序，实时显示焊接规范参数，通过单旋钮给定焊接规范参数和电流波形参数，可以实现熔滴过渡和弧长变化的精确控制，同时，此类焊接电源还可以通过网络进行工艺管理和控制软件升级。3.2弧焊电源技术发展弧焊电源从诞生到目前已经历了一百多年的历史，它总是随着科技的进步而发展。预计未来的弧焊电源将朝着这几方面发展:其一，数字化弧焊电源。从硬件电路角度看，数字化电源借助DSP技术实现了PID控制器和PWM信号发生电路的数字化。随着实现了模拟电路和数字电路有机结合的混模电路的出现，预计不久的将来分立式的模拟电路将逐步为高度集成的数字化混模电路所取代。而焊接电源和功率模块的设计制造也可根据需要以数字化的方式完成。焊接电源的能量控制由电流、电压、时间的协同方式来完成，具体表现为输出波形的数字化。其二，绿色弧焊电源。早在2000年就有人提出绿色焊机的概念，绿色焊接是在全球资源与能源日渐紧缺，人民的环保意识逐渐增强的情况下提出的。节能环保的绿色焊机必是未来焊机弧焊电源的研制发展方向。4结语近年来随着市场竞争的日趋激烈，提高焊接生产的生产率、保证产品质量、实现焊接生产的自动化、智能化越来越得到焊接生产企业的重视。而人工智能技术、计算机视觉技术、数字化信息处理技术、机器人技术等现代高新技术的溶入，也促使弧焊技术正向着焊接工艺高效化、焊接电源控制数字化、焊接质量控制智能化、焊接生产过程机器人化的方向发展，弧焊设备也向着智能化发展、机器人化发展。本文综述的内容只是其中很少一部分，希望能够起到促进交流，共同提高的作用。

机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，实现文明生产等方面具有重大作用。下面是我整理的机器人焊接技术论文，希望你能从中得到感悟!

浅谈焊接机器人

概要：本文从国内外工业机器人的发展，焊接机器人技术及现状，及焊接机器人的发展及前景，焊接机器人在生产中应用的主要 经验 和问题，四个方面分别进行阐述，为今后焊接机器人的研究提供了依据。

关键词：焊接机器人 机器人 管道焊接

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章 编号：

1.国内外工业机器人的发展

机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，它在提升企业技术水平、稳定产品质量、提高生产效率、实现文明生产等方面具有重大作用。大工业革命曾使人沦落为机器的奴隶，而机器人的诞生和广泛推广应用又重新使人类恢复了尊严。目前机器人技术已成为世界各发达国家竞相发展的高技术，其发展水平已成为衡量一个国家技术发展程度的重要标志之一。

美国是最早出现工业机器人的国家,1954年美国的G.C.戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文,第一次提出“工业机器人”和“示教再现”的概念。1959年美国Unimation公司推出第一台工业机器人。1967年日本从美国引进Unimate和Ver satran等类型的工业机器人以后，结合国情,面向中小企业,采取一系列鼓励使用工业机器人的 措施 ,率先在汽车制造业的喷涂、焊接、装配等重要工序中得到应用。并以此为契机,向 其它 产业渗透。

在我国，人工焊接仍然占据焊接作业的主导地位，人工施焊时焊接工人经常会受到心理、生理条件变化以及周围环境的干扰。在恶劣的焊接条件下，操作工人容易疲劳，难以较长时间保持焊接工作稳定性和一致性，而焊接机器人则工作状态稳定，不会疲劳。因而，选择应用焊接机器人对产品进行焊接可以实现用稳定一致的工艺条件确保产品焊接强度和满足产品各项性能指标的要求，同时满足焊缝成型良好的产品外观质量要求。随着国外及国内对工业机器人在焊接方面的研究应用,我国也开始了焊接机器人的研究应用。在引进国外技术的基础上,中国于20世纪70年代末开始研究焊接机器人。1985年哈尔滨工业大学研制成功我国第一台HY-1型焊接机器人。1989年北京机床研究所和华南理工大学联合为天津自行车二厂研制出了焊接自行车前三脚架的TJR-G1型弧焊机器人,为“二汽”研制出用于焊接东风牌汽车系列驾驶室及车身的点焊机器人。上海交通大学研制的“上海1号”、“上海2号”示教型机器人也都具有弧焊和点焊的功能[3]。20世纪节式机器人。1999年北京机械工业自动化研究所机器人中心研制的AW-600型弧焊机器人工作站,采用PC工控机控制和PMAC可编程多轴控制系统,于1999年4月通过了国家机械工业局的鉴定。1999年7月15日,国家863计划智能机器人主题专家验收通过了由“一汽”集团、哈尔滨工业大学和沈阳自动化研究所联合开发的H-100 A型 点焊机器人。由此可见,我们国内的焊接机器人已开始走向实用化阶段。

2. 焊接机器人技术及现状

焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高升产效率，更主要原因是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要。

通常情况下，焊接机器人系统由焊接机器人、机器人焊机、变位机以及回转工作台等周边装置、焊接夹具、安全装置等组成。焊接机器人的工作对象几乎和手工焊接一样广泛，可以焊接低碳钢、不锈钢、铝材、铜材等。焊接材料的厚度可以从零点几毫米到几毫米、十几毫米、直至几十毫米。并且能够灵活调整焊枪姿态，实现对工件的最佳焊接。

随着机器人控制技术的发展和焊接机器人应用范围的扩大，尤其为适应现代产品更新换代快和多品种小批量的需要，要求焊接机器人和变位机，弧焊电源等周边设备实现柔性化集成。这有助于减少辅助时间，是提高生产效率的关键之一。例如，在球形或椭圆形工件的径向焊缝或复杂形状工件的周边的卷边接头等状态下焊接时，为了使整条焊缝在焊接时都能使焊池水平或稍微下坡状态，焊接时变位机必须不断地变换工件位置和姿态。即变位机在焊接过程中不是静止不动的，而是要做相应的协调的运动。弧焊电源和工装夹具等也要在机器人统一控制下作相应的协调运动，才能保证整个系统的高效率，高质量的工作。

3. 焊接机器人的发展及前景

随着我国国民经济的发展和工业自动化水平的不断提高，特别是加入WTO,许多生产企业为提高产品质量和生产效率，争取尽快和国际市场接轨，在市场竞争中争取主动权，对在生产中采用机器人的要求越来越强烈，对应用机器人的呼声也越来越高，为焊接机器人市场的快速增长提供了一个良好的机会。机器人的需求量在逐年增加，中国近几年机器人市场将会一个大的跨越。

种种迹象表明，今后几年中国的焊接机器人市场将是技术不断提高，市场迅速扩大，应用工程项目市场竞争激烈的局面。预计今后的几年内，国内企业对点焊、弧焊机器人的需求量将以 30% 以上的速度增长。从机器人技术发展趋势看，焊接机器人不断向智能化方向发展，机器人的感觉功能将实现多传感器信息的融合，控制系统从示教、离线编程向模糊控制发展，实现生产系统中机器人的群体协调和集成控制，从而达到更高的可靠性和安全性。从应用技术市场角度分析，性能和价格以及技术服务的质量将仍然是决定用户做出正确选择的主要因素。随着国内机器人公司自主品牌的性能价格比进一步提高，短期内将可以达到与国外产品抗衡的能力。从机器人应用范围来看，焊接机器人的应用在传统制造业领域的需求持续增长同时不断向其它行业扩散。国内外众多机器人厂家激烈竞争的结果将促进我国工业制造技术自动化水平的不断提高，应用焊接机器人的企业在高技术、高质量、低成本条件下获得高速发展。

4 .焊接机器人在生产中应用的主要经验和问题

弧焊机器人在实际生产中的应用及产业化仍有如下的关键问题等待进一步研究解决:

(1)弧焊机器人系统的柔性化集成及优化，减少辅助时间，提高生产效率;

(2)新型机器人用弧焊逆变电源结构和性能的优化及电流波形控制，使熔滴实现最佳过渡，减少飞溅;

(3)弧焊过程实用传感技术，快速准确地提取弧焊过程的特征信息，实现焊缝自动跟踪;

(4)实用化的弧焊动态过程和焊接质量的实时智能控制技术;

(5)弧焊机器人工程应用和产业化中的技术成果转化。

5 .结论

工业机器人技术的研究、发展与应用,有力地推动了世界工业技术的进步。特别是焊接机器人在高质高效的焊接生产中,发挥了极其重要的作用。我国焊接机器人技术的研究应用虽然较晚,但借鉴于国外的成熟技术,得到了迅速的发展。近年来,我国在焊缝跟踪、智能控制、信息传感、周边设备及机器人专用电源等方面进行了大量的研究与应用,取得了许多优秀的成果。随着智能机器人技术和人工智能理论的进一步发展,焊接机器人系统还有许多值得我们认真研究的问题,特别是多智能体系统、基于PC的控制器和模糊神经网络等方面将是研究的 热点 问题。

参考文献

1 孙明如 日本焊接自动化和焊接机器人发展动态 电焊机,vol.29,1999(11):30～31;

2龚进峰,彭商贤，履带式可变结构管道机器人及其双控制系统的研究 高技术通讯2001.12;

点击下页还有更多>>>机器人焊接技术论文

杨立军，天津大学材料科学及加工自动化系副主任、教授、博士。主要研究方向为材料加工。主持和参与10余项国家等科技项目；发表数十篇学术论文；主要讲授弧焊电源及控制、材料加工工程概论（双语）等。