摘要： 阐述了交直流弧焊电源实现原理及特点．并从交直流弧焊电源的逆变技术、数字化控制技术、智能控制技术三方面的研究现状
进行了详细的介绍．指出了交直流弧焊电源沿高性能数字化与智能化方向发展的趋势。
关键词：交直流；弧焊电源；数字化； 智能化
中图分类号：tg434 文献标识码：a
铝及其合金通常采用工频交流正弦波钨极氩弧焊进行焊
接。但这种焊接电源的电弧稳定性差，正负半波通电时间不可
调，还要利用消除直流分量的装置，而且不能用于碱性焊条电
弧焊。特别是。它对于一些要求较高的焊接工作，如铝薄件小
电流焊接、单面焊双面成形、高强度要求的焊接等，都很难获
得满意的焊缝质量。随着大功率半导体元件和电力技术的发
展．近年在国内成功应用了交直流弧焊工艺，并研制和生产出
了相应的弧焊电源.。
交直流弧焊是一种薄板铝合金较理想的电弧焊方法．其既
可以控制焊缝的熔深．又可以提高焊接效率。其中交直流氩弧
焊功能最适合于铝及铝合金、镁及镁合金的焊接。其具有雾化
调节功能，能有效地破除工件表面的氧化膜；焊缝成形好、表
面光亮美观¨2．3]。
近年来。铝合金等非铁金属以其低温特性、质量轻、比强
度高等优点，已被广泛地应用在航空航天、汽车和民用工业
中，成为一种重要的加工材料 】。随着科学技术的发展，薄板
铝合金在工业中的应用越来越广，其焊接量也在不断地扩大。
提高焊接生产率、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，特别是对焊接质量和精
度要求比较高的机器人焊接场合更是如此。加上现代人工智能
技术、数字化信息处理技术、计算机视觉技术等高新技术的融
入，也促使交直流焊技术正朝着焊接高速高效化、焊接控制数
字化、控制系统智能化方向发展。
1 交直流弧焊原理及特点
交直流弧焊的主要特点是电流过零点的时间极短，通过电
收稿日期：2007一ol一29；修回日期：2007～07—20
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50575074)；广东省科
技攻关项目(2001a105010)
子控制技术使正负半波通电时间比和电流的比值可以自由调
节。因此把它用于铝及其合金焊接时，在焊接工艺上有以下特
点：电源稳定， 电流过零点时重新引弧容易，不必加稳弧高压
脉冲或高频电，受干扰的影响小，并可以通过调节正负半波通
电时间比例来获得最佳的熔深和阴极雾化作用，提高钨极的寿
命：调节工件上的热输入，更有效地利用电弧热和电弧力作用
来满足某些弧焊工艺的特殊需要，不必采用消除直流分量的装
置等等。
逆变式交直流弧焊电源，主要由普通直流弧焊电源和逆变
器组成主电路．通过逆变器把直流转变成交流，频率可调，正
负半波通电时间比、正负半波电流比值也可以在一定范围内自
由调节．原理如图l所示。
+
图1 交直流弧焊原理示意图
从图l可知， 当．s ，．s，触发导通，．s2，s4关断时，直流电源
通电回路为：+一．s，一电弧一．s，，从而在电弧获得正半波的电
流，直流且焊丝为正极性时， 电弧稳定，焊缝熔深大，通过对
电流进行有效控制，容易实现焊丝熔化及熔滴过渡。当．s ，s4
导通，．s ，．s，关断时，通电回路为一一．s『_+电弧一s4，从而在电
弧获得负半波的电流，直流且焊丝为负极性时，电弧沿焊丝上
爬，电弧不稳定，熔滴不易过渡，焊接熔池浅，具有电弧沿焊
丝上爬促进焊丝熔化以及减小电弧对熔池的加热作用，形成浅
熔深的特性。由此可见，只要控制2组电子元件轮流导通，切
换电弧电流的方向．并通过控制2组电力电子元件导通时间的
长短和通电时间的相对比例．就可得到频率和正负半波通电时
weldin~technolo~ vol-36 no．5 oct．2007 ·专题综述· 5
间比例可调节的交直流电。在焊接过程中，根据焊件的尺寸要
求．选择合适的焊接电流频率和正负半波通电时间比率，便可
控制形成合适的焊缝质量，尤其是焊接薄板时形成浅熔深，保
证不出现熔池形成失败现象，满足焊接质量的要求。
2 直流弧焊逆变技术
功率电子器件性能的提高和发展为逆变技术的迅速发展提
供了最基本的物质基础，一种新的性能更优越的电力电子器件
的出现．必将引起逆变技术大发展，势必引起先进的逆变技术
在交直流弧焊电源中的应用与发展。
我国自1962年试制成功晶闸管以来，以普通晶闸管和硅整
流管为主体的变流技术、逆变技术有了很大的发展，器件质量
有较大的提高，派生型晶闸管，如快速、双向、可关断和逆变
导器件有较快的发展．产品产量大幅度上升。近10多年来，经
过精心设计，加上工艺、测试、可靠性以及装备等方面的研
究，器件容量定额大大提高，静、动态特性得到改善。我国已
自行设计和研制出1 000 a，1 200 v，30 s的快速晶闸管；
100 a，600 v以上的功率开关晶体管；40，60 a，1 000 v以
上的快速二极管。此外，50．100 a的大功率场效应晶体管、
igbt在90年代初也开始试制生产。同时，在变频调速、稳压
电源、不间断电源、电镀电源、电阻焊、弧焊电源、电子束电
源、中高频加热及热处理、电化学等方面已广泛应用逆变技术
和产品，并拥有数十个系列和数百个规格的这类产品。其
中包括单机容量为2