摘要：本文论述了我国电焊机行业现状及其发展趋势，对近年来交流手工弧焊机在电焊机行业中所占比例进行了数据统计。详细阐述了当前传统交流手工弧焊机存在的一些问题，导致企业原材料消耗和用户使用过程中电能消耗增加的现象。基于当前交流手工弧焊机在实际使用中，通常涉及以下四种焊条直径：φ2.5，φ3.2，φ4.0，φ5.0，本文以资源节约和经济实用为原则，提出一种根据焊条所需电流范围来设计并命名交流手工弧焊机型号规格的新方法。本文以该新方法设计的交流弧焊机系列产品为例，将其与传统以额定最大电流命名的型号规格的交流手工弧焊机进行对比。数据对比结果表明：新命名型号规格的设计在同样达到电焊条正常焊接功能的情况下，用户选择一目了然，达到了为用户省钱、省心，最重要的是为国家节约了大量的资源和能源。

　　一、序言

　　我国作为世界上人口最多、经济增长速度最快的发展中国家，能源形势面临着长期挑战，随着我国经济规模进一步扩大，能源需求正持续增加，能源问题已成为制约我国经济发展的重要因素。由于受技术水平、制造水平、产品价格等因素影响，我国能源利用效率远低于发达国家，为此，国家出台了“能源开发与节约并举，把节约放在首位”的能源战略方针。

　　目前，钢材是我国最主要的结构材料，其年产量达7亿多吨。我们知道，钢材必须经过加工才能成为有给定功能的产品，而焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定结构功能的制造技术。电焊机是现代工业的重要工艺装备，已广泛应用于航天、航空、造船、锅炉、钢结构、化工、冶金、建筑、机械、电力等行业，也是电子、原子能等国防工业中不可或缺的加工设备。

　　二、探索和研究

　　1.电焊机行业现状及发展趋势

　　电焊机是金属焊接加工领域主要的耗能用电设备，45%左右的钢材和大量有色金属(如：Cu、Al、Ti)都是通过焊接加工成为构件而付诸使用，素有“钢铁缝纫机”之称，而电弧焊机在电焊机产品中应用最为广泛。根据中国电器工业协会电焊机分会2011年10月对国内42家电焊机制造业各种焊机产量的分类统计(如表1所示)，在2007年至2010年四年间，随着制造业和钢产业的快速发展, 我国电焊机行业主要产品产量呈现明显增长趋势。　　

　　在过去几年中，电焊机的耗电量占全国发电总量的比例较高，已被列为国家12类高耗能产品之一，有“电老虎”之称。随着科技进步和技术创新，以及经济快速发展对电焊机日益增长的需求，人们更多的在思考，如何能更低碳，环保，节能，减少投入和浪费，提高生产效率和经济效益。基于电焊机自身特点??焊接时将电能转换为热能，同时其自身也要发热，势必引发人们的思考，如何降低电能消耗，节约能源;如何减少材料损耗，节约资源使用量。

　　我国人口众多，资源贫乏，我们不能建立在拼资源、拼资金、拼价格的粗放发展模式上，需要合理利用资源、促进市场有效竞争，从而实现消费者、投资者、企业、行业的多方共赢。因此，我国电焊机行业未来需要解决的首要问题，就是实现可持续发展，提高电弧焊机产品能源利用率，使其尽快步入节能减排的“绿色制造”轨道。同时，尽快实施能效标识，促进节能环保焊机生产，减少高耗能电弧焊机已迫在眉睫，大势所趋。

　　2.交流弧焊机在电焊机行业中地位

　　众所周知，彩电行业中生产电子管式的或黑白电视机的企业早已被淘汰, 但是电焊机行业却不同，低档次的交流焊机一直有着广阔的市场，依然呈现出量大面广的景象。表1统计数据表明，2007年至2010年四年间，交流弧焊机年产量从2007年的16万多台，增加到2010年的119万多台，增幅最为明显，在整个行业中占有量的绝对优势。不仅如此，从四年生产总量上来看，交流弧焊机总量最多，高达346万多台，居行业第一的位置。

　　表2数据表明，近两年，交流弧焊机在国内电焊机总量中所占比例，保持在42%左右，在整个电焊机行业中占有相当大的比重。通过表1和表2统计数据不难看出，交流弧焊机在整个电焊机行业中不仅占有量的绝对优势，也占有相当大的比例份额。

　　表2  国内各种焊机占电焊机总产量的比例（%）

序号	产品类型	2007年	2008年	2009年	2010年
1	交流弧焊机	22.76	12.76	42.97	42.87
2	直流弧焊机	34.88	20.75	28.42	38.50
3	自动、半自动弧焊机	35.04	47.56	17.15	14.30
4	电阻焊机	2.91	6.88	10.67	3.54
5	特种专用及成套设备和其它焊机	4.41	12.05	0.80	0.79

综上，交流弧焊机在电焊机行业中的绝对优势，短时间内难以改变。但是，交流弧焊机是一种特殊的单相高漏抗降压变压器，功率因数较低，特别是负载状态下功率因数一般不超过0.6，空载损耗较高，一般为数百瓦特。额定负载持续率通常为20%-60%，且在实际操作中，由于焊接工位变化和操作人员休息间隔等，其实际负载持续率更低。在空载待机过程中有数百瓦以上的有功功率损耗，焊接时，也存在无功功率，在电网中造成大量的线路、设备的能耗损失。因此，如何促进交流焊机能更节能，更低碳，减少生产和使用中的投入与浪费，提高劳动效率，将成为当前交流弧焊机设计人员密切关注的焦点。

　　3.传统交流弧焊机的现状和存在的问题

　　3.1现状

　　根据文献3 中的标准要求，焊接电流调节范围需满足：

　　a、最小额定焊接电流≤20%最大额定电流;b、最大焊接电流≥最大额定焊接电流。

　　而在实际焊接过程中，不同电焊条使用以下四种不同焊接电流的范围：

　　⑴ 直径为2.5mm的焊条使用焊接电流范围：60A?100A;

　　⑵ 直径为3.2mm的焊条使用焊接电流范围：90A?150A;

　　⑶ 直径为4.0mm的焊条使用焊接电流范围：130A?210A;

　　⑷ 直径为5.0mm的焊条使用焊接电流范围：180A?270A。

　　3.2 存在问题

　　3.2.1 输出电流下限过小参数闲置

　　传统交流焊机设计中，要求输出电流下限必须小于额定焊接电流的20%。而实际使用过程中，为了满足焊接工艺，提高工作效率，用户通常很少使用或基本不使用该范围附近的小电流焊接。但传统交流弧焊机设计时，为了满足这一电流下限要求，必须将变压器体积增大，才能输出该小电流，这势必导致变压器加工制造的原材料用量增加，这一举措不但增加了企业的制造成本，另一方面也浪费了国家资源，同时用户还要为这部分闲置电流设计成本买单。

　　3.2.2 输出电流上限过大能耗增加

　　传统交流弧焊机设计中，规定输出电流上限必须大于等于最大额定焊接电流，实际上以φ5.0 焊条为例，即使考虑到电网波动及加长电缆线损耗等影响，将输出最大电流增大至360A即可满足用户要求。然而，用户即往往选用500A，以目前电焊机生产企业的设计能力远远超出焊条所需电流范围，如BX1-500、BX1-630型焊机，其额定输出电流可达到500A、630A及以上，我们知道电流输出上限提高，一方面带来变压器体积增大，磁芯截面积增大，线材截面积加大，导致材料使用量增加;另一方面，交流焊机本身就是高能耗的机电产品，变压器增大，导致空载损耗增加，若焊机经常工作在远远高于焊条正常使用电流条件下，功耗增加更明显，无形中浪费了大量电能。

　　3.2.3 品种繁多，产品负载持续率从20%～100%，选购费心

　　仅以目前市场上BX1交流弧焊机为例有近20个规格，而普通电焊机用户大多都没有专业焊机知识，焊接工艺人才奇缺，面对品种型号规格繁多的电焊机销售市场，加上选购时没有行之有效的指导，常常会因为和销售人员的信息沟通不对称，买不到适合自己的电焊机产品，往往选择过大型号规格，既让用户浪费了资金，又带来能耗的不必要的损失。

　　4.新型焊机设计方案

　　4.1 设计思路

　　本文针对上述传统交流手工弧焊机存在的问题，突破过去传统的以弧焊电源最大额定输出电流确定电焊机型号规格的思路，同时走出原有的认为焊机在最大额定输出电流的前提下，最小额定输出电流越小越好，即体现焊机技术水平高的理念误区，提出一种根据电焊条直径大小来设计和命名交流手工弧焊机的新方法，从而对传统交流焊机设计方法进行技术创新，使其既能满足用户对各种规格电焊条在焊接过程中所需焊接电流的要求，又可以尽量节约电能和原材料消耗。

　　两个基本设计思想：

　　一、缩小电流调节范围，将型号规格分为三种(φ5.0、φ4.0、φ3.2)，每种只适应3个或2个规格的电焊条，来满足适应四种规格不同的电焊条所需焊接电流的使用要求。

　　二、依据焊条直径标识焊机型号规格，使用户选购和使用时更直观，且更易于操作。

　　4.2 新老产品性能参数对比

　　本文将以上海东升焊接集团BX1系列改良产品DS系列为例，对改良前后的焊机材料损耗和耗电量进行数据统计对比。同时，该新型焊机和传统交流弧焊机相比，除型号规格外，其它性能指标均按GB15579.1-2004弧焊设备国家标准作为产品设计和考核依据，以确保产品质量，并利用先进的自动焊接生产工艺改进原有变压器材质和结构，根据焊条直径大小，所需的额定输出电流范围要求，将现有的传统BX1系列交流焊机，即BX1-250, 315, 400, 500, 630五款机型，整合为DS-φ3.2, DS-φ4.0，DS-φ5.0三种型号焊机。

　　其中，DSφ3.2可覆盖原有的BX1-200，DS-φ4.0覆盖原有的BX1-350，DS-φ5.0覆盖原有的BX1-400，BX1-500和BX1-630：

　　DS-φ3.2焊机适用于直径2.5mm和3.2mm两种焊条;输出电流范围：70A~200A。

　　DS-φ4.0焊机适用于直径3.2mm和4.0mm两种焊条;输出电流范围：100A~280A。

　　DS-φ5.0焊机适用于直径3.2mm，4.0mm和5.0mm三种焊条;输出电流范围：120A~360A。

　　新设计思路是利用焊条直径大小标识焊机型号规格，用户可以直观、明了地根据自身实际使用焊条情况选购不同种类焊机，从而简化了选购和使用过程。

　　4.2.1 新老产品耗材对比

　　通常，用户会针对φ5.0的焊条，选择BX1-500焊机，而实际焊接时，φ5.0焊条的使用电流范围不需要500A。下面就以当前市场中，均能焊接直径为φ5.0mm焊条的传统焊机BX1-500，与改进后的DS-φ5.0焊机耗材量和耗电量比较为例。

　　我们知道，交流手工弧焊机内部主变压器主要使用两种材料，分别是矽钢片部分和初、次级线圈部分，下面就对新旧两种焊机中两部分耗材的使用量进行对比。

　　统计数据如表3所示，数据表明，和传统的BX1系列交流弧焊机相比，新型DS系列焊机无论是在矽钢片总用量上, 还是在线圈总使用量上，都产生了明显的节约效果。一方面，DS-φ5.0焊机的矽钢片总用量和传统BX1-500焊机相比，从原来的56.08kg减少到39.53kg，节省了16.55kg，占原使用矽钢片重量的近30%;另一方面，铜线从原来的9.34kg降低到7.55kg，节省用量1.79kg，占原用量近20%。同时，随着变压器体积的缩小，整机外观重新设计后，主机重量较原来减轻43kg，占原重量近30%左右。

表3  两焊机主要结构耗材参数对比

项目	DSφ5.0	BX1-500
矽钢片总量 (kg)	39.53	56.08
线圈总量 (kg)	7.55	9.34
主机重量 (kg)	87	130

以上海东升焊接集团有限公司该型号焊机一个季度的销售量为5000台计算，一季度可节约矽钢片达82570kg，节约铜线材8950kg，为企业大大节约了原材料成本。若以我国2010年交流弧焊机总量120万台计，以该型号焊机占30%为例，即36万台，全年即节约矽钢片5960000kg，节省铜材线圈644400kg，在为国家减少资源消耗，为企业大大节省原材料成本的同时，也让利于用户。

　　4.2.2 新老产品耗电量对比

　　现以传统焊机BX1-500，与改进后的DS-φ5.0焊机对比，数据如表4。　　

单机年空载损耗为

　　H=A1A2A3[Po (1-A4)] (1)

　　式(1)中，

　　A1为年工作日，一般按250天计;A2为每天工作时间，按8h计;A3为焊机利用率，按70%计;A4为负载持续率 (单位：%) ;Po为空载损耗 (单位：W)。

　　将上述两种电弧焊机的相关技术参数代入式(1)， 传统BX1-500交流焊机年空载损耗为：

　　H=250x8x0.7x [0.450x (1-0.35)] ≈410kW.h

　　改良后的DSφ5.0交流焊机年空载损耗为：

　　H=250x8x0.7x [0.296x (1-0.35)] ≈269kW.h

　　也就是说，两台焊机针对φ5.0的焊条，在完成同样工作量的情况下，用改进后的DS-φ5.0焊机覆盖传统BX1-500交流焊机，平均每台焊机年节电量达141kW.h。

　　以东升公司一季度销售量5000台计，为用户节电约70.5万kW.h，实现了既省电，又省钱的目标。同样以2010年交流弧焊机总量120万台计算，该型号焊机30%比例计，即36万台，全年省电达5076万kW.h，为国家大大节约了电能消耗，为广大用户节省了一笔可观的电费成本。

　　基于此，在销售价格上，DS-φ5.0焊机售价远远低于传统BX1-500焊机售价，用户可以用较低的价格买到省材，节能且设计省心的新型交流弧焊机。新设计思路是在不影响用户使用的前提下，做到了国家、用户和企业三方共赢之效果。

　　5.总结

　　通过以上将新型交流焊机DS-φ5.0与传统焊机测试参数相比，DS-φ5.0在以下几方面优势突显：

　　(一)大大节省原材料，更省钱

　　站在制造业角度，针对不同型号规格的交流弧焊机，同样能适用用户对不同电焊条施焊情况下，能选用以电焊条命名的交流弧焊机适用的焊条直径大小，大大节省原材料，降低焊机销售价格，为用户提供了性价比较高的省钱产品。

　　(二)大大降低电能损耗，更省电

　　当前我国能源形势日趋紧张，全国各地频繁出现“用电荒”的现象，对于电焊机制造业来讲，大力推进产业结构升级，产品转型已毋庸置疑。电焊机作为典型的高耗能产品，理应在“节能减排”道路上先行。以电焊条直径命名的新设计交流弧焊机大大降低了焊机空载损耗，使得在使用过程中，焊机耗电量减少，在为用户减轻用电负担的同时，也为国家节省了大量电能。

　　(三)焊条直径标识焊机型号规格，用户选购更直观，更省心

　　传统的以最大额定输出电流作标识，改以用户更为熟悉的电焊条直径大小命名型号规格，便于用户选用更直观，并根据常用电焊条直径大小所需电流摇动焊机把手，对号入座，简化了用户反复调整电流大小的操作过程。

　　总之，以电焊条直径命名的DS系列新型交流弧焊机，以其省钱、省电、省心的三大优点，自产品投入市场以来，得到了用户好评与认可。这也充分充分说明：该适应当前市场需求的新型交流焊机以它的高效、节能及为用户开辟的省钱、省电、省心的设计思路，是对原有电焊机标准，在深入思考的基础上，进行创新，这在一定程度上亦为推动电焊机行业的发展和进步，为国家节约一笔可观的资源作出奉献，是符合当今“节能减排”、“绿色环保”可持续发展思路的。

　　6. 参考文献

　　[1] 司立峰，潘颖，杨庆轩. 电弧焊机能耗研究现状及其发展[J], 2010,6(40): 1 - 3.

　　[2] 中国电器工业协会电焊机分会，第六届一次会员大会，会议文件[R]，2011,10: 2 - 10.

　　[3] JB/T7834-95弧焊变压器标准[S],1995.

　　[4] GB15579.1-2004弧焊电源.