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逆变电阻点焊设备调研报告

发布时间:2014-11-25

焊接原理:
电阻焊(resistance welding)是将被焊工件压紧于两电极之间,并施以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种,即点焊、缝焊、凸焊、对焊。
逆变式焊机市场发展概况
国际逆变式焊机产品发展总体概况
一、本产品国际现状分析
    电焊机是现代工业重要的工艺装备,广泛应用于造船、化工、冶金、建筑、机械、汽车、轻工、电力等各工业部门,也是航天、电子、原子能等国防尖端工业中不可缺少的加工设备,目前世界各国均对电焊机产品的研制给予了足够的重视。
    随着科学技术的进步,电力电子技术、材料加工技术和计算机技术的发展,极大地推动了焊接电源的发展。焊接电源从电磁控制发展到电力电子控制,从整流电源发展到逆变电源,逆变技术得到了突飞猛进的发展。
    目前,日本、美国等工业发达国家的焊机制造厂商和中国的许多焊机制造企业几乎全部进入到逆变式焊机时代。这是因为逆变焊机对大幅度节省原材料(铜、硅钢片),降低制造成本,大幅度减少电耗和明显改善焊接性能等方面都有突破性的意义,是电焊机产品发展的必然,也是我国电焊机制造企业产品更新换代的必由之路。
    逆变式焊机是目前工业机型的主要产品,它从20世纪90年代一直到现在都在快速发展着,这一类产品是目前逆变焊机的主导产品,也是以后电焊机产品的发展方向。
二、本产品主要国家和地区概况
1、美国
①美国林肯电气公司
    总部位于美国俄亥俄州克利夫兰市的林肯电气公司是一家弧焊产品设计、开发和制造的跨国性企业。其机器人焊接系统、等离子和氧乙炔切割设备、钎焊等产品在全球市场中占据主导地位。目前在全世界20个国家拥有36个工厂,并在160多个国家设有经销商和销售代表处。
    林肯电气公司是国际焊切设备制造业先驱。进入中国后,林肯弧焊设备的足迹遍及中国石化、造船、电建、汽车制造等许多行业,为国内众多产业,提供了最可靠的质量保证。
②米勒电气制造有限公司
    米勒电气制造有限公司作为全球最大的焊接产品生产商—ITW焊接集团的子公司,专门从事焊接电源的研发生产。米勒电焊机产品系列包括:TIG焊机、MIG焊机、埋弧焊机、多功能焊机、发电机驱动焊机、手弧焊机、等离子切割机、
送丝机、点焊机、自动焊接系统、感应加热系统、焊枪及附件等。
   米勒焊机进入中国近三十年来,产品已广泛应用于航空航天、造船、集装箱、油田、油气管道、大型钢结构、重型机械、石油化工、有色金属及不锈钢产品等工业制造或生产领域,享有极高的声誉。2004年,ITW集团在华投资成立了北京米勒电气制造有限公司,不但生产米勒电焊机系列产品,还为用户提供广泛的培训服务和售后支持,更好地满足国内客户的需求。北京米勒公司已经顺利取得ISO9001:2000和CCC的产品强制性认证。
2、日本
    日立集团(Hitachi)在全世界拥有约一千多家公司,日立集团经营的业务涵盖了极其广泛的领域,是世界范围内罕见的、独具特色的企业集团。日立在广泛的事业领域中为社会提 供系统、产品及服务,其中包括信息通信系统、电子设备、电力/产业系统、数字媒体/家用电器、高性能材料、物流及服务、金融服务等领域。1996年,日本日立公司的IGBT逆变焊机已占MIG/MAG焊机的70%,
占TIG焊机的95%以上,占切割机的100%,除此之外,日本松下,大阪变压器公司的逆变式焊机都超过50%。
3、芬兰
    芬兰KEMPPI公司是世界上最大的弧焊设备生产厂商之一,自20世纪70年代率先在世界上推出工业用逆变焊接电源以来,一直以其高度创新的产品成为国际逆变焊机的领导者。随着科技的不断发展,KEMPPI将最先进的数字化微机智能控制技术和IGBT逆变技术应用到其产品的制造中,推出新一代革新焊接产品
——采用微处理器监控焊接全过程,程序化引弧和收弧,极小的焊接飞溅,智能化的参数调节,完美的焊接特性,轻量化的重量和体积,极高的性能价格比,并具有功能多样性和应用广泛性等特点。
    KEMPPI出色的产品特性使其用户遍及石化、冶金、造船、锅炉、航空航天、汽车制造、化工、铁路、建筑安装等众多行业。
本产品国际发展趋势分析
    1、高效和高功率密度(小型化)是国际上弧焊逆变器追求的主要目标之一。
高频化和降低主要器件的功耗是实现这一目标的主要技术途径。
    2、焊机产品将逐步走向数字化
数字化焊接电源的不断发展将推动整体焊接技术的进步,将促使焊接技术向着焊接工艺高效化、焊接质量控制智能化、焊接生产过程机器人化的方向发展。随着数字控制技术的发展,尤其是数字信号处理器(DSP)的广泛应用,使数字化焊接电源的波形控制能力更为精确,为广大焊接工作者提供了方便的新型焊接工艺研发手段,使新工艺、新设备的更新换代成为可能。
例如:多年来CO2气体保护焊接工艺方法大量用于产品的焊接生产过程,但焊接飞溅较大一直是人们急于解决的问题。数字化焊接电源可以实现电弧电压、电流波形在线快速检测并计算短路过渡特征参数,进行自适应最优控制,用现代控制理论算法使特征参数和焊接规范始终调节于最佳范围内,使焊接电弧处于稳定、动态性能最佳的工作状态。对短路过渡电流波形的上升时间、燃弧时间、下降时间及各时段的电流峰值进行精确控制,以达到进一步减小焊接飞溅、改善焊接性能及焊接质量的目的。
    高速和高效化焊接是现代焊接的发展方向,是实现现代化焊接的必由之路。数字化焊机是高效焊接和自动化焊接的基础,数字化焊接的概念及其特点,数字化焊机的实现方式及数字化焊机对整个焊接生产工艺必将起到极大的推动作用,
也将推动整个焊接行业的技术进步。

四、国际国内逆变式焊机市场发展概况
    近年来全球逆变式焊机的产量基本保持稳定的增长趋势,但受经济危机的影响,国际市场萎缩,全球产量增长放缓;但随着全球经济的逐步好转以及下游行业需求的恢复,逆变式焊机的市场规模将逐渐回暖。

我国逆变式焊机的发展概况
一、我国逆变式焊机发展基本情况
    长期以来,国外的焊机产品占据了我国电焊机市场的半壁江山,而国产焊机因设计水平低、制造工艺落后和可靠性差等原因,在市场竞争中处于劣势。自改革开放以来,我国先后引进和研制了一些先进的焊接设备及技术,不仅提高了我国焊接设备的设计和制造水平,而且也使设备的品种、规格得到了丰富和发展。
在我国,逆变弧焊机的研究工作起步不算晚,始于80年代初,1983年成都电焊机研究所第一台商品化的可控硅逆变弧焊整流器通过部级鉴定;1983-1991年,清华大学、哈尔滨工业大学、华南理工大学等相继推出各式开关器件的逆变焊机;
1992年,深圳瑞凌创始人邱光先生成功研制出110kHZ的MOSFET的逆变焊机,并推向市场;2000年,各种IGBT逆变焊机纷纷登台。
    近10年来,我国焊接设备研发、生产的整体水平通过“走出去,引进来”
已有了巨大进步,但与欧美发达国家的同类产品相比,无论是在产品的技术含量、设计水平,还是制造水平以及产品附加值上都存在着差距。在欧美发达国家的焊机已依靠“创新”取胜时,国产焊机的水平还停留在初级的“制造”阶段。 
    目前,我国逆变式焊机技术已有突破性的进展,国内有些技术力量雄厚、研发基础好、生产经验丰富的单位和企业、已较好地解决了逆变式焊机的设计、
制造工艺以及产品可靠性、安全性等问题,逆变式焊机产品已进入全面推广应用的阶段,可靠性和性能上也满足火电、造船等工程的结构焊接要求。
二、逆变式焊机总体市场现状
    中国经济的发展给逆变式焊机行业带来了一个巨大的发展空间,在增加内需和扩大就业等方面有着突出的作用,市场规模不断扩大。
    目前,我国的逆变焊机已可取代包括晶闸管在内的国内传统焊机,还可取代国际名牌焊机,并出口到海外市场;同时逆变式焊机优势企业积极采用高新技术和先进适用技术改造产业,提升企业的自主创新能力,如北京时代科技股份有限公司积极应对市场需求,研发了具有时代特色的逆变双电源双丝双弧埋弧焊机,
不仅能满足多种大工业制造场合下对高质量、高效率焊接的需求,而且对将来多丝多弧焊接设备的开发研制起到积极地推动作用。
    受金融危机的影响,2009年,逆变式焊机行业经济运行增速放缓、总体平稳,销售收入为31.9亿元,较2008年增长13%;行业产量为60万台。同时,随着市场的变化,中、高技术含量的逆变式焊机产品已越来越受用户的青睐。但随着价格竞争的加剧,中低档产品价格下滑,企业只有通过努力开发高技术含量、高附加值产品来获取更高的盈利和市场占有率。

三、逆变式焊机市场发展中存在的问题
    我国逆变式焊机行业取得了长足的发展,但是行业在快速发展的同时,也不可避免的存在着一些亟待解决的问题:  
    1、逆变式焊机仍存在质量问题,原因主要有:  
    ①部分逆变式焊机生产企业的制造设备及工艺手段不符合电力电子产品的生产要求,一些焊机生产企业原有的车间和设备不适应逆变式弧焊机的生产;
    ②制造工艺结构安排和布线不合理,检测手段落后或不严格。
    ③生产规模小的企业,未能使用生产线和模具进行组装调试。
    2、研发投入少,创新能力差
    目前我国逆变式焊机大多数企业投入的开发资金少,科研人员与资金投入长期不足,企业创新能力差。创新能力是一个企业实力、科技水平和潜力的综合体现,依靠科技创新来推动企业的技术进步,使企业的每种产品都具有高水平、高起点和持续发展,才能适应目前我国焊接生产的不断发展及市场需求。
四、主要产品及行业应用:
电源:精密逆变直流点焊电源、高频逆变直流焊接电源、热压焊电源(HOT BAR)、缝焊电源、逆变交流电源。
焊机:汽车电子点焊机、电光源材料焊接专用焊机、电池点焊机、电容器精密
逆变点焊机、精密五金点焊机、电感点焊机、微型电机换向器点焊机、智能卡
焊接机、继电器逆变点焊机、开关点焊机、变压器焊接机、多股铜线压方机、 精密逆变线束焊接机、网络滤波器焊接机、铜合金点焊机、网络接口器件自动焊接设备、变压器铜箔漆包线全自动点焊机、银触点焊接机、电声器件点焊机、LED引线自动点焊机、电子元器件精密点焊机、、精密漆包线点焊机、汽车点火线圈点焊机、开关铜线压方、铜片铜线焊接机、温控保护器点焊机等等
应用领域:
1.各类继电器、微动开关、弹簧片、等铜类、银类开关上的银触点焊接。
2.灯丝、灯盖等电光源行业中:钼片与钨杆的焊接,钼杆与钼箔的焊接,灯盖的焊接,镍杯与可伐丝的焊接,镍杯与可伐丝以及杜镁丝三节的焊接。
3.汽摩配件、五金行业中:适用于铜合金端子与单股、多股铜合金线焊接、多股铜线之间焊接、多股线与漆包线焊接、镀银端子与镀锡铜片焊接、汽车连接线等精密线束焊接、漆包线焊接、电感线与端子焊接、传感器端子与引线的焊接、电机碳刷引线焊接、铜编织线、微电机马达引线焊接、铜端子焊接,端子和线束焊接机、铜压线端子焊接机。
4.电池行业中:电池盖帽、电池镍片、电池极耳、组电池引出片、纽扣电池焊接。用于各种电池(镍氢、镍镉、锂电池)的极板、负极针、汇流片的焊接。
5.电子元件行业中:电容器引线与喷金面焊接、各种电子引脚之间精密焊接、电子引脚与 软导线精密焊接、软导线与软导线之间高质量焊接、各种线材与元件精密焊,多股铜线或单股铜线与电阻引脚、电容引脚、led灯引脚、插座插片引脚、插头等电子引脚的焊接。
6.自动化焊接匹配电源。
五、精密逆变直流点焊机/碰焊机(逆变直流点焊电源)
优势:
1、具有控制精确、工艺适应性广且节能、高效、稳定、操作简便等诸多优点。
2、能事先定电流、定电压、定功率、定脉宽、定温控制。焊接电流保持稳定,
避免受电网电压不稳的影响,大大减少虚焊。
3、逆变直流点焊电源设备时间调节分辨率最高可达40us(25kHz逆变频率),反馈控制的响应速度快,输出稳定性好。
4、直流输出,加热集中,焊接时间缩短。焊接时间最低能够控制在0.04ms,对焊接时间任意控制。
5、设备体积小,非常轻巧,更节能。
六、精密逆变电阻点焊主要技术难题(核心技术)和发展方向:
微型件的点焊比较困难,为了提高点焊成品率与点焊质量,扩大电阻点焊技术在微型零件制造中的应用,需要进一步发展精密电阻点焊技术。
(1)提高电源输出调节分辨率和响应速度。由于电阻点焊电流大,受回路的限制,电阻点焊逆变电源采用的逆变频率比弧焊或其它电源的逆变频率低得多,通常采用1kHz左右,其调节分辨率和控制响应速度相应较低。近年来,相继有2kHz
、4kz和5kHz的产品面市,也有25kHz技术的报道。对精密点焊,提高逆变频率是必然趋势。逆变频率的提高需要在 变压器设计、减小回路损耗上下功夫,它们直接影响产品的品质。对微小零件的焊接,焊接电源的容量较小,提高逆变频率较容易实现,对大功率的电源则难度增大。微型件的精密点焊也可以采用模拟式晶体管电源,这类电源能量损耗较大,逆变电源的改善有望代替这类电源。
(2)改善焊接电流波形,提高焊接参数的工艺适应性。普通的电源设计为单次加热、两次加热,复杂一些的电源有三次加热或带电流缓升缓降控制。由于精密点焊涉及的结构和材料复杂,这些波形不能满足最佳焊接要求,如有的材料点焊采用去除氧化膜与调节起始焊接条件,可以提高焊接的一致性。对精密点焊,要求波形精心设计,甚至包括波形的调控,使之与材料的加热冷却过程相适应。
(3)发展精密点焊的实时质量控制技术。点焊过程实时控制是排除过程中各种干扰,提高生产成品率的重要手段。控制方法包括工艺参数的稳定控制和质量的反馈控制。点焊质量实时控制是一项重要的但长期没有解决好的难题,采用多参数的智能控制的研究,有较好的前景。
(4)研制精密加压系统。焊接压力对点焊相当重要,微型件的焊接需要精密的加压保证,包括小压力稳定性、机械系统的随动性(与焊接变形相适应的快速反应)、位置的适应性与准确的位置控制等。传统的气动加压很难适应精密点焊的要求,采用弹簧压缩量触发焊接通电的方式也难准确控制压力。其它的加压方式,
包括采用压力传感器反馈控制,需要进一步的探讨。
(5)提升计算机应用水平。利用计算机模拟技术、数据库技术建立精密点焊的辅助系统,对相当复杂的微型件的精密点焊应用将会有良好的帮助。焊接数据的采集与记录,保证产品的可追溯性,对医疗器械等重要零件的焊接是十分重要的。具有联网技术的精密点焊机的开发,为数据的记录与更新提供方便,可方便地进行远程监视与控制。
七、国内国外逆变电阻点焊设备主要生产厂家以及价格水平:
1.深圳富斯特电子有限公司
主要产品:
(1)精密高频逆变焊机系列:IPR系列、IPV系列。
    适用范围:适用于电池、低压电器、汽车电子部件、微电机马达转子、电子零件、精密五金,灯具等精密焊接以及大批量生产型电池组合极片焊接。
    特点:逆变电源具有体积小重量轻;放电时间短,电流冲击小,焊接飞溅小,焊接热变形小,焊接精密性高等。高可靠性及高效率。
(2)精密交流点焊系列:
适用范围:大批量生产型电池组合极片焊接,特别适合用于0.2~0.5mm
厚片等大动力电池连接片焊接。
    特点:微电脑数字控制,焊接能量精确可调,以适应多种焊接要求;高可靠性及高效率。
 (3)精密交流逆变焊机系列:
    适用范围:适用于镍氢镍镉的端面焊接,动力电池的厚片焊接,动力电池的铜极耳,以及精密五金的焊接。
    特点:微电脑数字控制,焊接能量精确可调,以适应多种焊接要求,高可靠性及高效率。一体式机箱,无需特别安装。
2.镇江市美华电子产品有限公司:
   主要生产MH200型逆变电阻焊接电源、MH300型逆变电阻焊接电源、MH500
型逆变电阻焊接电源、MH800型逆变电阻焊接电源:MH200-800型逆变电阻焊接电源应用微电脑控制技术,适用于各种焊接环境,实现对焊接电流进行精密控制,使输出电流稳定,对电网电压波动具有补偿作用,焊接效果一致性好。它采用二段焊接功能,可以达到先预热后焊接的效果,焊接压力可调。它能适应各种
焊接要求很高的焊接规范,并且操作轻便。该点焊机可广泛应用于电子器件、精密仪表、低压电器及轻工、家电等行业。PMN20A逆变电阻焊机、PMN40A逆变电阻焊机、PMN80A逆变电阻焊机:PMN系列逆变直流电阻点焊电源采用IGBT逆变技术、微机控制技术和现代电力电子技术开发的新型电源,具有控制精度高、焊接工艺性能好、节能高效率等特点。特别适合于铜、铝等有色金属材料与合金的点焊及精密零件的高质量焊接。
3.苏州汉道机电有限公司:
   主要产品立式台式中频逆变点焊机。
4.衡水市焊接设备有限公司:
   主要产品:DNK-40、80、100、150、450型气动点焊机
5.美国sunstone
  点焊:脉冲电弧和电阻点焊机(pulse Arc and resistance welder)
  精密电阻点焊机(Resistance Spot welder )
  精密电阻焊头系列(Weld Head Series)
6.苏州华士焊接设备有限公司:
中频逆变点焊机
应用领域:航空、汽车、照明、医疗、电池、插座、线材加工、电子、手机、餐具、五金工具等。一般说来,体积小、重量轻的系统可加速移动,缩短工作周期,是焊接机器/自动机械最好的配套方案。应用广泛,焊接变压器体积小而输出能量大。应用于汽车工业中之一体式变压器速焊钳更见其优越处。
   适用范围:传感器、LED及其引线、铜箔及漆包线、继电器、手表、电容芯子与引线、铜线与电阻引脚、电感、电池与连接片、电子插座、银触点与铜片、电光用钨钼材料对焊。
7.广州蓝能科技有限公司:
   电池盖帽电池镍片点焊机、电池极耳焊接机、组电池引片点焊机、纽扣电池点焊机、电池钉针点焊机、动力电池碰焊机、集电子点焊机
8.镇江精工焊接设备有限公司:
  脚踏式精密储能点焊机,气动精密交流点焊机,移动式手焊钳精密交流点焊机,铍铜焊接专用气动精密交流点焊机,立式气动精密储能点焊机,中频逆变真空封帽焊接机。
八、电阻焊行业的现状和发展趋势:
我国电阻焊技术经历了工频交流、直流脉冲、三相低频、次极整流、微机控制和质量监控技术水平的提升过程。
目前,我国采用微机控制的次极整流的点/缝焊机、带恒流输出的质量控制电阻焊机的应用已较为普遍,电阻焊质量控制理论和技术、各种通用及专用电阻点/缝焊机、成套设备的研究和应用已较为普遍和成熟,接近国际先进水平。
    但我国逆变电阻焊机、柔性化电阻焊成套设备、电阻焊机的软开关脉冲调制变换等技术的研究和应用,与国外先进技术相比,与弧焊设备的发展水平、更新换代速度相比,与国民经济发展的需求相比,仍有很大距离。这些技术在日本、美国、德国等工业发达国家的研究已很深入,并在工业生产中得到普遍的应用;
我国逆变电阻焊机的研究处在大专院校、 科研单位、少数有技术实力的企业所进行的中、小功率实验研究和少量试生产阶段,一些重要的、技术要求较高的企业需要精密或大功率逆变电阻焊机,到目前为止,大多数依赖进口,或进口关键部件再配套机架、机械部件、加压系统等组装。所以说,逆变电阻焊机、柔性化电阻焊成套设备、逆变阻焊机器人,对与我国焊接设备研究单位及生产企业来说,
是一个较大的研究领域,具有很大的市场前景和发展空间。
    未来,中、大功率逆变电阻焊是我国电阻焊机主要研究内容及发展方向。电阻焊微机控制质量监控、智能化及专家系统、柔性化电阻焊成套设备、阻焊机器人、电阻焊机的软开关技术以及大功率快恢复整流二极管国产化研制、个性化专用电阻焊设备等也是重要的研究内容和专业生产方向。专门适用于镀层材料、铝合金材料焊接要求,以及精密零件焊接的电阻焊机的研制更引人重视,焊接工艺与设计研发技术密切配合,专用焊机更具个性化。
   未来我国电阻焊机总体水平进一步提高,达到国际先进水平。逆变电阻焊技
术将比较成熟,并大量用于焊接生产;普遍采用微机控制,数字化水平更高;逆变阻焊机器人的研究更加深入和应用更为广泛。逆变电阻焊机、阻焊机器人进口数量减少,基本实现国产化。

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