第一節(jié) 產(chǎn)品定義及發(fā)展歷程

1、產(chǎn)品定義

用逆變技術(shù)的弧焊電源（又稱(chēng)弧焊逆變器）稱(chēng)為逆變焊機(jī)。而逆變與整流剛好相反，是指把直流電改變?yōu)榻涣麟姷倪^(guò)程。

逆變焊機(jī)的工作過(guò)程如下：將三相或單相工頻交流電整流，經(jīng)濾波后得到一個(gè)較平滑的直流電，由IGBT組成的逆變電路將該直流電變?yōu)閹资甂HZ的交流電，經(jīng)主變壓器降壓后，再經(jīng)整流濾波獲得平穩(wěn)的直流輸出焊接電流。其變換順序可簡(jiǎn)單地表示為：工頻交流（經(jīng)整流濾波）→直流（經(jīng)逆變）→中頻交流（降壓、整流、濾波）→直流。如果用符號(hào)表示，即為：AC→DC→AC→DC

由于逆變工作頻率很高，所以主變壓器的鐵心截面積和線圈匝數(shù)大大減少，因此，逆變焊機(jī)可以在很大程度上節(jié)省金屬材料，減少外形尺寸及重量，大大減少電能損耗，更重要的是，逆變焊機(jī)能夠在微妙級(jí)的時(shí)間內(nèi)對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)整，所以就能實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程所要求的理想控制過(guò)程，獲得滿(mǎn)意的焊接效果。

2、發(fā)展歷程

1）國(guó)際

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(kāi)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(kāi)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?xún)?yōu)于二極管整流弧焊機(jī)，是當(dāng)時(shí)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(kāi)關(guān)器件：功率晶體管（GTR），功率場(chǎng)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(kāi)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(lái)又推廣到CO2、MAG等焊接方法和切割。1982年，華南理工大學(xué)訪問(wèn)學(xué)者在德國(guó)首先研制成功場(chǎng)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(kāi)關(guān)器件的新一代弧焊逆變器，采用高頻PWM開(kāi)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(dòng)、靜態(tài)特性和工藝特性。因而，新一代的弧焊逆變器自問(wèn)世以來(lái)，受到廣泛的重視，發(fā)展迅猛。1989年世界焊接與切割博覽會(huì)（埃森博覽會(huì)）上有30多家廠商展出了弧焊逆變器。1993年的埃森會(huì)上，絕大多數(shù)的廠商都展出了弧焊逆變器及設(shè)備。據(jù)IIWXIIC1993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(guò)50%。以IGBT，MOSFET等為開(kāi)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(guó)際焊接電源設(shè)備發(fā)展的主流和方向。

2）國(guó)內(nèi)

我國(guó)逆變焊機(jī)的研究開(kāi)發(fā)起步于20世紀(jì)70年代末期，于20世紀(jì)80年代開(kāi)始發(fā)展。1982年，成都電焊機(jī)研究所開(kāi)始了對(duì)晶閘管逆變式弧焊整流器的研究，于1983年研制出我國(guó)第一臺(tái)商品化的ZX7-250逆變式弧焊電源，并通過(guò)了該項(xiàng)目的部級(jí)鑒定。隨后，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)和時(shí)代公司等單位相繼推出了采用各種開(kāi)關(guān)元件的逆變式焊機(jī)。

現(xiàn)在，我國(guó)焊機(jī)逆變電源已形成4代產(chǎn)品：第一代是以可控硅SCR為主攻率器件的逆變器；第二代是晶體管逆變器；第三代是場(chǎng)效應(yīng)管逆變器；第四代是IGBT逆變器，其逆變頻率高，飽和壓降低，功耗小，效率高，無(wú)噪聲，與前3代逆變器相比，優(yōu)勢(shì)更明顯。

第二節(jié) 產(chǎn)品特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域分析

1、產(chǎn)品特點(diǎn)

弧焊逆變器的基本特點(diǎn)是工作頻率高，由此而帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)樽儔浩?，無(wú)論是原繞組還是副繞組，其電勢(shì)E與電流的頻率f、磁通密度B、鐵芯截面積S及繞組的匝數(shù)W有如下關(guān)系：

E=4.44fBSW

而繞組的端電壓U近似地等于E，即：

U≈E=4.44fBSW

當(dāng)U、B確定后，若提高f，則S減小，W減少，因此，變壓器的重量和體積就可以大大減小。這樣，就能使整機(jī)的重量和體積顯著減小。不僅如此，還因?yàn)轭l率的提高及其他因素而帶來(lái)了許多優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)弧焊電源比較，其主要特點(diǎn)如下：

1）體積小，重量輕，節(jié)省材料、便攜帶（IGBT逆變電焊機(jī)重量?jī)H為旋轉(zhuǎn)弧焊機(jī)的1/6）。

2）高效節(jié)能，效率可達(dá)到80%~90%，比傳統(tǒng)焊機(jī)節(jié)電1/3以上

3）起弧性能好，抗干擾，良好推力調(diào)節(jié)功能

4）電弧穩(wěn)定，飛濺小

5）焊接品質(zhì)好，熔池深，強(qiáng)度高

6）過(guò)壓過(guò)流自動(dòng)保護(hù)

7）可連續(xù)工作，性能穩(wěn)定，具有電壓波動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)償功能

8）適合各種酸性堿性焊條施焊

9）支持纖維焊條向下焊接

10）適合于與機(jī)器人結(jié)合，組成自動(dòng)焊接生產(chǎn)系統(tǒng)

11）可一機(jī)多用，完成多種焊接和切割過(guò)程。

2、應(yīng)用領(lǐng)域

電焊機(jī)（又稱(chēng)焊接設(shè)備）是現(xiàn)代工業(yè)重要的工藝裝備，廣泛應(yīng)用于造船、化工、冶金、建筑、機(jī)械、汽車(chē)、輕工、電力等各工業(yè)部門(mén)，也是航天、電子、原子能等國(guó)防尖端工業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備。

逆變焊機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域于交流焊機(jī)和直流焊機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域一樣。交流焊機(jī)一般都用在鋼結(jié)構(gòu)制造單位或一般通用機(jī)械或農(nóng)業(yè)機(jī)械制造單位。直流主要用在制造壓力容器鍋爐，管道，或重要結(jié)構(gòu)制造單位的焊接用焊機(jī)。

2007-2012中國(guó)焊割設(shè)備市場(chǎng)容量（按行業(yè)分）

略……

第三節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

逆變電源現(xiàn)在所用的開(kāi)關(guān)元件有SCR(晶閘管)、GTR(晶體管)、MOSFET(場(chǎng)效應(yīng)管)及IGBT(兼有GTR和MOSFET優(yōu)點(diǎn)的一種電子元件)。IGBT有取代其他幾種開(kāi)關(guān)元件之勢(shì)，IGBT逆變焊機(jī)是當(dāng)今世界焊機(jī)技術(shù)的重大進(jìn)步，發(fā)展的新潮流。

第四節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)或流程

數(shù)字化逆變弧焊電源的控制系統(tǒng)原理框圖

圖中全數(shù)字化焊機(jī)可以分為功率和控制兩部分。功率部分，三相380V交流電經(jīng)過(guò)整流和電容濾波得到540V的直流電，經(jīng)過(guò)全橋逆變電路、主變壓器和付邊整流橋、輸出濾波電感，最后輸出所需要的電流、電壓?？刂撇糠忠訢SP和單片機(jī)構(gòu)成的雙機(jī)系統(tǒng)為核心，控制中電流和電壓經(jīng)過(guò)采樣、A/D轉(zhuǎn)換，由DSP讀取反饋值。電流、電壓的給定值則由控制面板輸入，經(jīng)過(guò)單片機(jī)C167CR傳送給DSP（ADSP-2181）。DSP則根據(jù)電流、電壓的給定與反饋量進(jìn)行運(yùn)算，得到相應(yīng)的IGBT導(dǎo)通時(shí)間，產(chǎn)生PWM脈沖序列。

DSP芯片為ADI的ADSP-2181，工作中其控制程序由IDMA口進(jìn)行加載，加載的程序分別存儲(chǔ)于其片上的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)，程序加載由高地址空間向低地址空間進(jìn)行，最后完成0x0000H的加載。當(dāng)程序加載完成后，程序由0x0000H開(kāi)始順序執(zhí)行。程序的加載由單片機(jī)C167CR控制進(jìn)行。因此，在C167CR與ADSP-2181構(gòu)成的雙機(jī)系統(tǒng)中，C167CR是主控芯片（HostMicro-controller）。

控制面板和送絲機(jī)由各自的單片機(jī)單獨(dú)控制，控制面板中的單片機(jī)為ATMEL的AT29C2051，這是一種20引腳的8位單片機(jī)，片上有2Kbytes的Flash?？刂泼姘宓臄?shù)顯和按鍵管理由2片ICM7218A完成。送絲機(jī)控制則采用MCS80196KC。面板的主控制芯片AT29C2051、送絲機(jī)的MCS80196KC和主控制板的C167CR單片機(jī)之間通過(guò)RS485接口電路組成的局部串行控制總線進(jìn)行通訊。工作中面板向C167CR發(fā)送焊接參數(shù)的給定值、焊接工藝種類(lèi)、點(diǎn)動(dòng)送絲信號(hào)、試氣信號(hào)等，而C167CR則把DSP讀取的電流、電壓反饋值以及焊接中的過(guò)流、過(guò)熱、欠壓等信號(hào)傳送到面板進(jìn)行顯示。送絲機(jī)控制芯片MCS-80C196KC與C167CR的通訊主要進(jìn)行的是C167CR向MCS80196KC發(fā)送指令，如送絲速度、送絲、停止等等。送絲機(jī)與面板之間不直接進(jìn)行通訊。從焊機(jī)的總體管理的角度來(lái)看，C167CR是核心芯片。

該解決方案中，單片機(jī)C167CR可以通過(guò)RS232接口與PC機(jī)建立串行通訊。C167CR的串行通訊有2個(gè)作用，一個(gè)是焊接工藝的網(wǎng)絡(luò)化管理與控制，另一個(gè)作用就是進(jìn)行控制程序的在線升級(jí)，其實(shí)質(zhì)是利用C167CR的串行程序加載（bootloader）功能進(jìn)行控制程序的在線Flash編程。略……

第五節(jié) 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

逆變電源總的發(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(lái)愈廣泛應(yīng)用于各種弧焊方法、電阻焊、切割等工藝中。高效和高功率密度（小型化）是國(guó)際弧焊逆變器追求的主要目標(biāo)自之一。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。

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(kāi)發(fā)研制50kHz，100kHz級(jí)的弧焊逆變器。

2、探討旨在降低電力電子器件開(kāi)關(guān)功耗，提高開(kāi)關(guān)頻率的零電壓，零電流開(kāi)關(guān)（軟開(kāi)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。

第六節(jié) 行業(yè)總體概述

一、2003-2009年行業(yè)企業(yè)數(shù)量發(fā)展?fàn)顩r

2003-2009年金屬切割及焊接設(shè)備制造行業(yè)企業(yè)數(shù)量發(fā)展?fàn)顩r

                                                                                                                                                     單位：個(gè)

二、2003-2009年行業(yè)從業(yè)人員發(fā)展?fàn)顩r

2003-2009年金屬切割及焊接設(shè)備制造行業(yè)從業(yè)人員發(fā)展?fàn)顩r

                                                                                                                                                           單位：人

三、2003-2009年行業(yè)固定資產(chǎn)發(fā)展?fàn)顩r

2003-2009年金屬切割及焊接設(shè)備制造行業(yè)固定資產(chǎn)發(fā)展?fàn)顩r

                                                                                                                                                       單位：千元

四、2003-2009年行業(yè)銷(xiāo)售收入發(fā)展?fàn)顩r

2003-2009年金屬切割及焊接設(shè)備制造行業(yè)銷(xiāo)售收入發(fā)展?fàn)顩r

                                                                                                                                                            單位：千元

五、2003-2009年行業(yè)利潤(rùn)總額發(fā)展?fàn)顩r

2003-2009年金屬切割及焊接設(shè)備制造行業(yè)利潤(rùn)總額發(fā)展?fàn)顩r

                                                                                                                                                           單位：千元

略……

第七節(jié) 產(chǎn)品所屬行業(yè)總體評(píng)價(jià)

一、行業(yè)所處生命周期及成長(zhǎng)性分析

金屬切割及焊接設(shè)備制造行業(yè)生命周期判斷

金屬切割及焊接設(shè)備制造行業(yè)所處成長(zhǎng)性分析

二、行業(yè)活力系數(shù)評(píng)價(jià)

金屬切割及焊接設(shè)備制造行業(yè)活力系數(shù)分析

                                                                                                                                                      單位：%

三、行業(yè)總結(jié)（CMRN）

我國(guó)幾乎占到全世界鋼材消耗量的1/3，成為世界上最大的鋼材生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)?？陀^的形勢(shì)為我國(guó)焊接事業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)很大的舞臺(tái)。目前,鋼材是我國(guó)最主要的結(jié)構(gòu)材料，在今后20年中鋼材仍將占有重要的地位。然而,鋼材必須經(jīng)過(guò)加工才能成為具有給定功能的產(chǎn)品。由于焊接結(jié)構(gòu)具有重量輕、成本底、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)周期短、效率高、市場(chǎng)反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益增多。焊接加工的鋼材總量比其他加工方法多。而電焊機(jī)是保證高質(zhì)量焊縫首要的必備條件。因此，發(fā)展我國(guó)制造業(yè),尤其是裝備制造業(yè),必須高度重視焊接技術(shù)及其電焊機(jī)的同步提高和發(fā)展。

中國(guó)是焊機(jī)生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)。焊機(jī)無(wú)論是從需求，消費(fèi)方面，產(chǎn)品都體現(xiàn)出極大的潛力，我國(guó)焊機(jī)需求巨大，應(yīng)用分布較多，因此從需求及消費(fèi)角度考慮，產(chǎn)品仍然具有相當(dāng)大的開(kāi)發(fā)前景。略……

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