高速和高效化焊接是現代焊接的發展趨勢，是實現現代化焊接的必由之路。數字化焊機是高效焊接和焊接自動化焊接的基礎。數字化作為數字信號處理技術與弧焊工藝結合的產物，引起了業內人士的廣泛關注。數字化焊接的概念及其特點、數字化焊機的實現方式及數字化焊機對整個焊接生產工藝起著一定的推動作用。數字化技術日益成熟數

高速和高效化焊接是現代焊接的發展趨勢，是實現現代化焊接的必由之路。數字化焊機是高效焊接和焊接自動化焊接的基礎。數字化作為數字信號處理技術與弧焊工藝結合的產物，引起了業內人士的廣泛關注。數字化焊接的概念及其特點、數字化焊機的實現方式及數字化焊機對整個焊接生產工藝起著一定的推動作用。

數字化技術日益成熟

數字化焊接技術發展的扼要情況。

數字化焊接技術是指用計算機技術來控制焊接設備的運行狀態，使其滿足和達到焊接工藝所提出的要求，以得到完全合格的焊縫。 

數字化焊接技術起始于上世紀80年代的焊接機器人。它用工控機來控制焊槍或焊鉗的運行軌跡、焊槍姿態及焊接規范。對于復雜的空間曲線焊縫（如馬鞍型焊縫）,通用的自動焊接設備是無法完成的，而焊接機器人卻能勝任此項任務。另外在一些危險的作業環境中（如高溫、輻射）只能由焊接機器人往完成某項焊接作業。示教方式是焊接機器人用得最多的編程方式。它在離線的狀態下把焊槍沿著要預定完成的焊縫作業軌跡上走一遍，從而把運行軌跡及其他參數記錄到工控機中。在線時即由工控機控制焊槍的運行軌跡、焊槍姿態及焊接規范，以完成焊接作業。

可以這樣說，數字化焊接技術的核心就是焊機的數字化。和其它專業領域一樣，焊接技術的發展同樣得益于數字電子技術的發展。

自1982年瑞典ESAB公司率先推出晶閘管弧焊逆變器產品，美國的Lincoln Miller Powcon、芬蘭的Kemppi、瑞士的ELTRON和日本的大坂變壓器公司等國際著名的焊接設備公司都相繼推出了各自的弧焊逆變器產品。

這標志著焊接電源主電路從模擬到數字化的跨越。對于焊接專業領域來講，這是一項革命性的技術跨越。主電路的數字化，使焊接電源的功率損耗大大減少，效率達90%以上。由于工作頻率的進步，回路輸出電流的紋波更小，響應速度更快，焊機可以獲得更好的動態響應特性。

1998年奧地利Fronius全數字化焊機進進市場，標志著控制電路數字化焊機的實用化，將傳統逆變焊機的模擬控制發展為數字化控制，極大地進步了焊機對電弧的控制品質。

近些年，焊機數字化技術發展越來越快，不斷的有更加先進、功能更加強大的數字化焊機推出，數字化的人機交互系統得到深進的開發，這是很值得重視的一個數字化焊機技術發展的最新的動向。

眾所周知，隨著數字化、智能化、網絡化技術的發展，使數字化焊接技術，包括焊接電源數字化、焊接過程數字化和焊接制造數字化等方面得到了突飛猛進的發展。

焊接制造數字化是一種全新概念的先進焊接制造技術，它集先進焊接技術、先進數控和計算機技術、CAD/CAM技術、先進材料技術、先進檢測技術為一體，可以制造預定外形的零件，也可以使損壞的零件復原到原有尺寸，而且性能達到或超過原基材料水平。因此焊接制造數字化技術，實際是一門新的光、機、電、計算機、數字化、材料綜合交叉的先進焊接制造技術。

數字化控制使焊接電源具有很好的系統靈活性。由于模擬系統的配置和增益是由阻容網絡硬件所決定的，一旦確定就很難改變，而在數字化控制系統中，只要改變軟件，則很輕易實現柔性控制。 在焊接過程數字化控制中，焊接電源的能量控制由電流、電壓、時間的協同方式來完成，具體表現為輸出波形的數字化。在CO2氣體保護焊數字化控制中，實現了一種智能化自尋優控制方法。在脈沖MIG焊接Synegic控制法中，根據送絲速度自動匹配電流脈沖參數，使熔化速度和送絲速度相適應。為解決系統對弧長擾動的恢復，QH－ARC103控制法采用多折線外特性，實現了弧長的閉環控制。同時，還有在保持單元電流脈沖能量恒定的條件下，對弧長和送絲速度同時控制的綜合控制法。

20世紀90年代末。奧地利Fronius公司推出了全數字化焊機。近幾年德國EWM、芬蘭Kemppi、日本松下和OTC等公司也陸續推出了相應的產品。其發展趨勢必將引起一場焊接設備的數字化革命，必將推動整個焊接設備行業的技術進步。可以預見數字化技術將促使焊接設備向智能化、高可靠性、低本錢方向快速發展。

高效、節能并能夠自動調節焊接參數的智能型數字化逆變焊機將逐漸取代手弧焊機和普通可控硅焊機，而且以后焊機的操縱趨向于簡單化、智能化，以符合當今淡化操縱技能的趨勢，擺脫對焊接操縱者技能的依靠。

隨著世界上科學技術的飛速發展，焊接技術也一定會緊密地與當代高科技（電子、微電子、信息技術）相結合。而在步進當今信息化微電子時代，展覽會上的所有產品幾乎都融進了信息技術、智能數字化技術的新成果，從而將焊接技術進步到一個前所未有的水準上。

黃石生先生： 高速、高效、優質和自動、智能化是現代焊接技術的主要發展方向，研發和推廣應用數字化焊機是它的基礎, 也是實現現代化焊接工藝的重要標志。

近年來，隨著大規模專用集成電路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）、數字信號處理器DSP（Digital Signal Processor）及復雜可編程邏輯器件CPLD（Complex Programmable Logic Device）、現場可編程門陳列FPGA（Field Programmable Gate Array）的發展，使焊接電源設備與工藝的控制電路, 已經過過往的分立元件、簡單集成電路發展到以單片機、工控機,DSP、CPLD/FPGA為核心的數字化控制電路，即向數字化方向發展。現代焊接電源設備,特別是逆變式的, 具有控制周期短，動態響應快，能夠進行精確控制等上風,與數字化信號處理和控制技術相結合，有如虎上添翼,可實現兩個目的：一是使用數字化技術迅速解決焊接電源設備自身題目；二是用數字化技術提升它的功能和性能，滿足先進制造技術的需求。

DSP以其強大的指令系統及接口功能顯示出功能強、速度快、編程和開發方便等特點而廣泛應用于通用數字信號處理.近年來DSP在焊接自動控制領域也獲得愈來愈多應用。

隨著電子設計自動化（EDA）技術的進步和軟件開發系統的日趨完善，應用CPLD和FPGA進行電子系統設計已經成為發展主流，并開始應用于焊接。

FPGA是近年來迅速發展起來的集PLD器件現場可編程的設計靈活性和門陳列高密,度于一體的新型ASIC器件,它的出現引起數字系統設計方式的突破性變革，成為當今ASIC電路發展中一個異軍突起的新型電路.推動了數字化控制技術的發展, 數字化焊接技術的發展,它從應用于弧焊電源,.到氣保焊整機;到電阻焊,等離子弧焊;從小功率到大功率埋弧焊;從單絲焊到多絲焊,到機器人焊接. 它以極快的速度向焊接領域縱深發展.

數字化焊接日漸完善

數字化焊接技術發展主要包括哪些方面的內容？

隨著逆變技術的發展，單片機或數字微處理器已經廣泛應用到焊接電源中。逆變技術是將工頻（50HZ）市電整流成直流再由大功率電力電子器件（IGBT或CMOS）逆變成20KHZ左右的中頻電壓給變壓器以傳遞功率，這樣變壓器及濾波電抗器的體積、重量大大減少；系統的頻帶寬，動態反應速度快。數字微處理器（單片機）的作用就是能在數微秒級的范圍內調節大功率電力電子器件通斷的脈寬比（PWM），以控制焊接電源的電流、電壓，滿足焊接工藝的要求。

所謂專家系統是將眾多的焊接規范以數據庫的形式存儲到計算機中，這些焊接規范都是成功的經驗數據。每一條數據都包含諸多信息，如：焊接方法、被焊材料、板厚、坡口外形、焊絲直徑、送絲速度、焊接電流、焊接電壓等等。當操縱者輸進某幾項參數后就可以查詢到最佳的焊接規范，通過A/D或D/A把這焊接規范轉換成焊機的給定信號以控制焊接設備的運行。

焊接機器人焊接的專家系統裝在工控機中；大型成套專用焊接設備的專家系統裝在上位機PC機中，PC機與焊接電源內的數字微處理器備可以進行數據通訊交換；小型成套專用焊接設備可以把焊接規范直接存儲到數字微處理器中。

焊接設備的運行狀態是要隨時監控檢測的。指針式或數字式儀表只能做到即時檢測而無法做到實時檢測。數字化檢測就是把焊接設備運行時的電流、電壓及其它參數輸進到計算機中；也可以用高速攝影儀拍攝的熔滴過度圖像或CCD攝像儀拍攝的焊縫軌跡圖像輸進到計算機中，這樣在計算機屏幕上就可以實時觀察到焊接設備運行時的電流、電壓波形或熔滴過度圖像、焊縫軌跡圖像。數字化檢測的最大優點不但可以實時觀察、控制焊接設備的運行狀態，而且還具有強大的存儲功能，可以對焊接設備運行狀態作離線分析和數據治理。

以數字化檢測作為測試手段的設備通稱為電焊機虛擬儀表，國家電焊機檢測中心（成都電氣檢驗所）已經有貿易化的產品，這對我國焊接設備行業產品的出廠試驗、型式試驗以及國家電焊機產品質量的檢測、檢驗工作都具有偉大的現實意義。

網絡監控可以把成套專用焊接設備運行狀態的諸多參數實時輸進到PC機中，通過網關和路由器把PC機接進Internet網，并且申請一個該機的IP 地址。這樣就可以通過Internet網遠程實時監控焊接設備運行狀態。

數字化焊機技術主要包括三個方面：

主電路的數字化，即從模擬式焊接電源到開關式焊接電源、逆變式焊接電源主電路，發展到現在大量應用的是IGBT、MOSFET或雙極性晶體管式弧焊逆變器。而且涉及的焊接方法和材料范圍越來越廣，功率越來越大，相對體積越來越小。

控制電路的數字化，這方面的技術應用發展是非常快的。就控制系統的結構而言，數字化焊接電源的控制部分由單片機和DSP（數字信號處理器）共同構成，對給定信號流、參數反饋流和網壓信號流作綜合處理與運算、控制，達到焊接電源的數字化、信息化、柔性化的控制。

人機接口技術，人機交互系統是人機最直接的操縱界面，是操縱者向計算機輸進信息、發出指令及觀察現場參數和信息的窗口，具有友好性、靈活性、功能性、明確性、一致性、可靠性等特點。國外已有焊機將液晶顯示和鍵盤操縱相結合，進行焊接方法、焊接工藝參數設置和信息顯示等的人機交互過程。焊接小車和送絲拖動系統的數字化控制，伺服拖動已經得到了應用。產業機器人和專機與焊機的數字化接口技術。隨著機器人和專機在生產中大量應用，與焊機數字化接口技術得到了迅速的發展。

以日本OTC公司最新推出的數字化焊機DP350為例，這是一種全數字控制脈沖逆變焊機，可以焊接各類碳鋼和低合金鋼、不銹鋼、鋁及鋁合金等。適應MIG/MAG/CO2等多種焊接方法。主要性能：最新的數字化脈沖波形控制技術；數字化飛濺及熔滴過渡控制；恒弧長控制、熔深控制技術；可以儲存100個焊接條件；與機器人控制器或者PC的通訊接口；伺服拖動的四輪送絲機；數碼顯示焊接電流及電壓。

在國外已有數字化焊接電源產品，最具有代表性的如奧地利FRONIUS公司生產的TRANSPLUS SYNERGIC系列TPS2700/4000/5000全數字化焊接電源。它的心臟部分是一個數字信號處理器（DSP），由它集中處理所有焊接數據，檢測和控制整個焊接過程，焊機具有引弧、精確控制電弧、專家系統、一機多功能、焊接數據接口和評價系統等功能。焊機的操縱界面友好，一臺數字化焊機上實現了脈沖MIG、直流MIG、手弧焊、TIG焊等多種工藝方法的不同材質、不同焊絲直徑的焊接功能，多功能性可見一斑。同時，參數的給定旋紐只有1個，這樣極大的方便了操縱者。又如，德國EWM公司生產的INTEGRAL系列數字化焊接電源，數字處理系統處理所有焊接數據，控制整個焊接過程，同樣具有專家系統、一機多用、計算機或網絡通訊、模塊化設計、焊接數據的存儲和分析系統等功能。Panasonic等公司也推出了數字化焊接電源產品，并相繼進進中國市場。

在國內，數字化焊接電源尚處于研究階段，一些高校和科研機構已在這方面開展了工作。但目前國內數字化焊接設備的研究基本處于實驗室研究成果或中試階段，成功用于焊接生產示例的較少。

數字化焊接電源的發展與電力電子技術、信號處理技術及計算機控制技術的發展是密不可分的。從控制電路的角度看，數字化電源借助DSP技術實現了模擬PID控制器和PWM信號發生電路的數字化，隨著模擬電路和數字電路有機結合的混膜電路的出現，預計不久的將來分立式的模擬電路將逐步為高度集成的數字化混膜電路所取代。

伴隨著新型的功能強大的數字信息處理器（DSP）的出現，數字化焊接電源實現了柔性化控制和多功能集成，具有控制精度高、系統穩定性好、產品一致性好、功能升級方便等優點。同時數字化焊接電源接口兼容性好，可以方便地與外部設備建立數據交換通道如機器人焊接系統的建立，焊接生產的網絡化治理與監控等等。

最新開發的數字化逆變式焊接電源具有程序控制、參數預置、單旋扭一元化協調控制專家系統，可任意調節脈沖和非脈沖參數及多特性輸出多用途等功能，適用于CO2氣體保護焊、MIG/MAG焊、 脈沖MIG/MAG焊和手工電弧焊等。

隨著經濟的發展，在焊接領域突現了薄板焊接的需求，市場迫切需求一種簡便的手持式（便攜式）焊接技術。我所從事研制開發便攜式節能型的新型焊機（它介于固定焊機和懸掛式焊機之間）并密切關注國外動態。我們留意到國外有關便攜式焊機的報道甚少，參展的廠商也僅有少數幾家，品種規格也未幾。說明在這個焊接領域的舞臺上正有我們可用武之地，我們既然做到了引“狼”進室就必須預備與“狼”共舞，只有練好內功，自我加壓才能跳好“獨步舞”。

數字化焊接技術主要利用數字信號處理和微機控制具有的三個基本功能, 即數值計算\數值分析和實時控制, 實現數字化焊接,把軟硬件融合在焊接工藝中,進步它的穩定性、精確度,生產效率、質量和減少飛濺，使可實現熔滴過渡和弧計算\數值分析和實時控制, 實現數字化焊接,把軟硬件融合在焊接工藝中,進步它的穩定性、精確度,生產效率、質量和減少飛濺。

奧地利Fronius公司結合逆變技術和數字信號處理器技術，推出全數字化TPS系列（TPS2700/TPS4000/TPS5000）焊機。該系列焊機是數字化控制的弧焊逆變器. 其控制系統采用DSP芯片監控焊接過程，實現程序化引弧和收弧、智能化調節參數，簡化了操縱。焊機具有MIG/MAG、TIG、手工焊和MIG釬焊等多種功能，可實現熔滴過渡和弧長變化的精確控制。

數字化焊接日趨發展

數字化焊接對焊接設備、焊接材料、焊接工藝、焊接輔具等技術和產品有哪些新的要求？

數字化焊接應用于對焊縫要求較高的場合，這些場合的焊接設備中焊接電源必須是逆變型的，才能對實在行數字化控制。假如焊接電源是晶閘管相控型甚至是純電工產品的焊接變壓器，數字化控制就毫無實際意義。

數字化焊接技術的發展涉及到焊接技術領域的方方面面。數字化焊機的出現，對焊接領域的各個方面都提出了一些新的要求。

由于數字化焊機技術的發展，焊機本身更加高速、高效化、對熔滴過渡和熔深的精細控制等特點，要求焊接材料主要是焊絲同樣適應高速、高效的焊接特點。同樣的焊接工藝方面也呈現這個特點，由此帶來的對變形和應力的控制要求更高，尤其對焊接質量智能化提出了更高的要求。

數字化焊接的高自動化特點，對工裝夾具等焊接輔具的自動化水平帶來了更高的要求。全自動化的以適應數字化焊接高效要求的工裝夾具成為發展趨勢。

在發展數字化焊接和生產數字化焊接設備方面，我國很多科研院所已經做了大量的工作并取得了較好的成果。但是不得不承認在國內的焊接生產重要領域，仍大量采用國外數字化產品。我們的數字化控制產品在技術成熟度、穩定性、功能、可靠性方面以及在多電弧高速焊中的協調控制方面尚需要進一步完善。在以數字化控制模式、特性進行建模、仿真，對相應的關鍵技術與開發應用，包括數字化控制的技術方案（單純的DSP、DSP-MCU雙機、ARM嵌進式）比較分析綜合應用方面進行更加深進研究。

數字化焊接電源的不斷發展將推動整體焊接技術的進步，將促使焊接技術向著焊接工藝高效化、焊接質量控制智能化、焊接生產過程機器人化的方向發展。隨著數字控制技術的發展，尤其是數字信號處理器（DSP）的廣泛應用，使得數字化焊接電源的波形控制能力更為精確，為廣大焊接工作者提供了方便的新型焊接工藝研發手段，使新工藝、新設備的更新換代成為可能。例如：多年來CO2氣體保護焊接工藝方法大量用于產品的焊接生產過程，但焊接過程飛濺較大一直是人們急于解決的題目。數字化焊接電源可以實現焊接電壓、電流波形在線快速檢測并計算短途經渡特征參數，進行自適應最優控制，用現代控制理論算法使特征參數和焊接規范始終調整于最佳范圍內，使焊接電弧處于穩定、動態性能最佳的工作狀態。對短途經渡電流波形的上升時間、燃弧時間及下降時間以及各時段的電流峰值進行精確控制、以達到進一步減小焊接飛濺、改善焊接性能及焊接質量的目的。

我所將節能電阻焊機系列產品全面實現了微機化更新。品種由單一品種發展成四大系列26個品種的節能點焊機體系，即DNJ便攜式焊機系列、氣動便攜式兩用焊機系列、懸掛式焊機系列以及固定焊機系列；焊機控制技術從模擬控制發展到電子數字集成控制并終極形成微機化程序控制，產品普遍采用了計算機CPU技術對焊接規范參數進行數字化的。優化調節和匹配、對焊接電流波形進行程序化控制與調節、對焊接全過程進行監控實現直觀的數字顯示:；機電系統從分立發展到機電一體化，專用機械由單一模式逐漸走向電磁、氣動聯動模式，解決了一些過往單機難以攻克的焊接困難。如：大型油浸變壓器散熱片的專用深點焊機；汽車發電機轉子引出線的高速熔焊機；汽車燃油分配器成套多臺專用焊機以及半自動平面點焊機等等。

首先要求焊接電源必須具有快速動態反應特性；便于獲得任意的外特性曲線外形; 主電路功率管的控制驅動功率要小,可控性好,以便適應數字化高速高效優質焊接的工藝需求. 根據這一要求,在機械\電磁\電子型等三大類控制的焊接電電源中，電子控制型是合適的,特別是以極小功率進行電壓控制的IGBT逆變式焊接電源，更多是最佳拍檔；要求改造現有常用的送絲\行走機構\輔具等晶閘管式驅動控制電路；要求送絲\行走機構\輔具等進步制造質量\精度\可靠性,改善慣性，以便在進步焊速過程中,保持穩定和焊縫成形均勻性；對焊接工藝條件要求更高，包括坡口加工精度和表面狀態，保護氣體質量，同時要求焊材質量有保證，最好開發性能質量更優的新材料；對研發高層次人才和操縱員的素質和水平要求更高，要能理解和把握數字化焊接技術原理和性能特點，才能充分其上風。

數字化發展勢在必行

發展數字化焊接和生產數字化焊接設備，我國重點應從哪些方面做起？

焊接設備的可靠性是首要因素。經過20多年的努力我國的焊接設備制造業有了長足的進步，逆變型焊接電源比重在逐年進步，并為市場所接受。但是與進口的同類產品相比其可靠性方面還有不小的差距。我國大多數逆變焊接電源的IGBT仍處于硬開通、硬關斷狀態，這是一個極大的安全隱患。只有把軟開通、軟關斷技術成功地應用于逆變型焊接電源中，焊接設備的可靠性才有保證。焊接設備的可靠性進步了，數字化焊接工作才會有堅實的基礎。

大功率電力電子器件長期依靠進口和非晶態鐵磁材料的價格高昂是制約逆變技術發展的又一因素。我國應該盡早解決這一題目。

我國的科技和工程技術職員，多年來在數字化焊接技術方面的研究，取得了一定的成果。尤其在實際工程應用方面逐漸成熟，但和國外焊接設備發達的國家比較，仍有一定的差距，這種差距是全面的。正由于此，我們發展數字化焊接技術一定要突出重點，現有的發展重點仍然應放在焊機主電路和控制電路的數字化技術方面，打好基礎，加強科技成果的產業化工作。

在發展數字化焊接和生產數字化焊接設備方面，除對數字化焊接設備中電力電子器件與磁性器件性能的研究和優化匹配、數字化電源功率換能性能、主電路拓撲結構和PWM控制優化、大功率逆變式數字化電源電磁兼容性以及數字化電源的建模、仿真等科學進行深進的研究探討之外，更重要的是打破體制與機制的束縛，通過產學研結合的方式進一步加強應用性的試驗研究，這樣才能推動焊接技術數字化的持續發展。

目前，產業發達國家的焊機制造廠商幾乎全部進進逆變焊機時代。這是由于逆變焊機對大幅度節省原材料（銅、硅鋼片），降低制造本錢，大幅度減少電耗和明顯改善焊接性能等方面都有突破性的意義，是電焊機產品發展的必然，也是我國電焊機制造業產品更新換代的必由之路。

由于近幾年國家從基金攻關課題的角度經費投進較少，行業中原有的科研院所、大專院校新技術、新產品研發能力明顯減弱。而有一批新興的企業團體逐步發展壯大。呼吁這些有實力的企業團體，要看到我國明天的焊接市場需求，瞄準國際焊接技術的發展方向，投進人力、物力，不惜重金把握先進技術。在我國焊接行業中逐步形成多家大型企業團體，以進步國內焊接企業在國際市場的競爭力。例如：華崴團體在逆變焊接電源領域瞄準國際尖端技術，不斷開發焊機中的高檔精品，與焊接界同仁共同努力，將國產逆變式焊接電源產品推向國際先進水平，在逆變焊接電源領域達到強國地位。

在實現微機化的基礎上，我所最近又進一步提出了“智能化”的奮斗目標：未來的焊機將包含：對各種信息、數據、圖像和邏輯的處理和綜合；對焊接規范的智能化設計；對焊接規范曲線的程序化設定和視屏編程；對各種焊接工藝參數（即專家系統）的存儲和選用；對焊接質量的檢驗和判定；對廢品的剔除和合格質量水平的認定，對機電一體化系統的編程控制和多語言的操縱系統等等。使操縱者“傻瓜化”，做到真正意義上的高質、高速、高效、高益、走節能可持續發展的路。

數字化焊接技術發展的關鍵在人才，面向21世紀的焊接專家應把握數字化技術為核心的控制技術，既懂焊接又懂數字化控制.高層次的人才應以寬厚的基礎知識為底功，高出發點、高水平跟蹤數字化技術，研發數字化新技術.低中層次人才應以熟練應用操縱化新技術。低中層次人才應以熟練應用操縱為培養目標，以適應現代焊接的需要,同時充分利用數字化焊接技術功能和潛力，并取得最佳焊接效果。