เครื่องเชื่อมจุดเหยียบแบบเหยียบที่ควบคุมด้วยอินเวอร์เตอร์จะมาแทนที่รุ่น AC แบบเดิมหรือไม่

ความเป็นมาของอุตสาหกรรมและความสำคัญของแอปพลิเคชัน

การเชื่อมจุดต้านทาน (RSW) ยังคงเป็นรากฐานสำคัญของการประกอบโลหะแผ่นในภาคต่างๆ ตั้งแต่ยานยนต์และเครื่องใช้ไฟฟ้า ไปจนถึงโครงสร้างย่อยด้านการบินและอวกาศ และชุดแบตเตอรี่ เป็นเวลาหลายทศวรรษ เครื่องเชื่อมแบบจุดแบบเหยียบ เป็นเครื่องมือพื้นฐานบนพื้นการประกอบซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมโดยคน ในจำนวนนี้ เครื่องเชื่อมจุดแบบเหยียบเวลาเชื่อมแบบปรับได้ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับเปลี่ยนระยะเวลาการเชื่อมเพื่อให้เหมาะสมกับความหนาของวัสดุ สภาพการเคลือบ และการออกแบบรอยต่อ

เครื่องเชื่อมที่ใช้หม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) แบบดั้งเดิมให้การส่งพลังงานที่เชื่อถือได้สำหรับงานอุตสาหกรรมทั่วไปหลายประเภท อย่างไรก็ตาม ภูมิทัศน์การผลิตที่กำลังพัฒนา — โดดเด่นด้วยความต้องการ ปริมาณงานที่สูงขึ้น ความสามารถในการทำซ้ำ และการบูรณาการทางดิจิทัล — กำลังขับเคลื่อนการอภิปรายด้านวิศวกรรมเกี่ยวกับอุปกรณ์จ่ายไฟการเชื่อมที่ใช้อินเวอร์เตอร์รุ่นใหม่ ภายในบริบทนี้ มีคำถามสำคัญเกิดขึ้น: : : เครื่องเชื่อมจุดแบบเหยียบที่ควบคุมโดยอินเวอร์เตอร์จะมาแทนที่รุ่น AC แบบดั้งเดิมในขนาดใหญ่หรือไม่ และผลกระทบที่เป็นระบบของการเปลี่ยนแปลงนี้คืออะไร

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เราจะตรวจสอบทั้งสองเทคโนโลยีจาก มุมมองทางวิศวกรรมระบบ โดยเน้นคุณลักษณะประสิทธิภาพหลัก ความท้าทายในการบูรณาการ การพิจารณาวงจรชีวิต และความพร้อมในอนาคต

ความท้าทายทางเทคนิคหลักในการเชื่อมจุดอุตสาหกรรม

การควบคุมไฟฟ้าและความร้อน

หนึ่งในความซับซ้อนที่กำหนดในคุณภาพการเชื่อมต้านทานคือการบรรลุเป้าหมาย การสร้างความร้อนสม่ำเสมอ ท่ามกลางปัจจัยไดนามิกต่างๆ:

• ความแปรปรวนของความหนาของวัสดุและการนำไฟฟ้า
• สภาพพื้นผิว เช่น สารเคลือบหรือชั้นออกไซด์
• การสึกหรอของอิเล็กโทรดที่เปลี่ยนแปลงความต้านทานการสัมผัส

การบรรลุผลลัพธ์ที่สามารถทำซ้ำได้ต้องอาศัยการควบคุมที่แม่นยำ ขนาดและระยะเวลาปัจจุบัน . แม้ว่าเครื่องเชื่อม AC ที่ใช้หม้อแปลงไฟฟ้ามักจะให้โปรไฟล์กระแสคงที่เมื่อตั้งค่าแล้ว แต่แหล่งที่ใช้อินเวอร์เตอร์จะเปิดใช้งานได้ การปรับแบบละเอียด ของรูปคลื่นและระยะเวลาปัจจุบัน โดยเฉพาะเมื่อใช้กับส่วนควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการจัดการความร้อน

ช่างเชื่อม AC แบบดั้งเดิมมีส่วนร่วมโดยเนื้อแท้ การใช้พลังงานปฏิกิริยาที่สูงขึ้น เนื่องจากลักษณะของหม้อแปลงความถี่ต่ำหนัก ส่งผลให้:

• เพิ่มการดึงพลังงานสูงสุด
• โหลดความร้อนที่สูงขึ้นของแหล่งจ่ายไฟในการเชื่อม
• ความไร้ประสิทธิภาพที่อาจเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีงบประมาณด้านพลังงานที่เข้มงวด

ในทางตรงกันข้าม โซลูชันที่ใช้อินเวอร์เตอร์สามารถส่งพลังงานความถี่สูงได้ ลดการสูญเสีย แม้ว่าจะต้องสูญเสียระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังและอัลกอริธึมการควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้นก็ตาม

บูรณาการและการควบคุมแบบดิจิทัล

ในโรงงานสมัยใหม่หลายแห่ง เอกสารเกี่ยวกับการเชื่อม การตรวจสอบย้อนกลับกระบวนการ และการบูรณาการทางดิจิทัล (อุตสาหกรรม 4.0) มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ความท้าทาย ได้แก่ :

• การเก็บรวบรวมข้อมูลการเชื่อม (กระแส เวลา แรง) เพื่อการประกันคุณภาพ
• การรวมช่างเชื่อมเข้ากับ MES (Manufacturing Execution Systems)
• สนับสนุนกลยุทธ์การควบคุมแบบปรับตัวตามการตอบสนองของเซ็นเซอร์

ระบบ AC แบบดั้งเดิมมักถูกจำกัดในเอาต์พุตข้อมูลดั้งเดิม ในขณะที่ระบบที่ใช้อินเวอร์เตอร์สามารถอำนวยความสะดวกได้ การสื่อสารดิจิทัลแบบเรียลไทม์ พร้อมเครือข่ายโรงงาน

เส้นทางทางเทคนิคที่สำคัญและโซลูชั่นระดับระบบ

การควบคุมพลังงานด้วยอินเวอร์เตอร์

หัวใจสำคัญของระบบการเชื่อมที่ควบคุมโดยอินเวอร์เตอร์คือความสามารถในการแปลงสายไฟ AC เป็น DC ความถี่สูง จากนั้นจึงสังเคราะห์รูปคลื่นของกระแสไฟฟ้าที่แม่นยำซึ่งปรับแต่งสำหรับการเชื่อมด้วยความต้านทาน ข้อดีทางเทคนิค ได้แก่ :

จากมุมมองของระบบ การควบคุมพลังงานบนอินเวอร์เตอร์ช่วยให้ได้ รูปร่างที่แม่นยำของโปรไฟล์กระแสเชื่อม ซึ่งช่วยปรับปรุง ความสม่ำเสมอและการทำซ้ำ — เกี่ยวข้องอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องมีเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดและความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับ

เวลาในการเชื่อมที่ปรับได้และการตอบสนองแบบวงปิด

ในระบบดั้งเดิมและระบบที่ใช้อินเวอร์เตอร์ เครื่องเชื่อมจุดแบบเหยียบเวลาเชื่อมแบบปรับได้ แนวคิดยังคงเป็นศูนย์กลาง อย่างไรก็ตาม ระบบอินเวอร์เตอร์สามารถใช้งานได้ ข้อเสนอแนะแบบวงปิด เช่น การตรวจสอบกระแสหรือความต้านทานแบบเรียลไทม์ ช่วยให้สามารถแก้ไขแบบปรับได้ในช่วงกลางรอบ สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อทำการเชื่อม กองวัสดุผสม หรือจัดการกับสภาวะอิเล็กโทรดที่แปรผัน

แรงอิเล็กโทรดและความเสถียรของกระบวนการ

ไม่ว่าแหล่งพลังงานจะเป็นอย่างไร การควบคุมแรงดันอิเล็กโทรดยังคงเป็นความท้าทายระดับระบบ ผสมผสานการควบคุมกระแสที่แม่นยำ (จากอินเวอร์เตอร์) ด้วย การใช้แรงกระตุ้นด้วยเซอร์โวหรือแรงสปริง ให้การสร้างนักเก็ตที่มั่นคงและลดข้อบกพร่องในการเชื่อม

สถานการณ์การใช้งานทั่วไปและการวิเคราะห์สถาปัตยกรรมระบบ

สถานการณ์ A: การประกอบด้วยตนเองที่มีปริมาณผสมสูง/ปริมาณต่ำ

ในร้านประกอบชิ้นส่วนที่มีการออกแบบชิ้นส่วนที่หลากหลายและระบบอัตโนมัติที่จำกัด เครื่องเชื่อมจุดแบบเหยียบมักได้รับความนิยมเนื่องจากผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมตำแหน่งและลำดับได้อย่างคล่องแคล่ว ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้:

• ช่างเชื่อมทำงานโดยใช้ภาพและประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานเป็นหลัก
• การบันทึกข้อมูลอาจมีความสำคัญรอง
• การเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าอย่างรวดเร็วเป็นเรื่องปกติ

สำหรับสถานการณ์ดังกล่าว ทั้งระบบควบคุมแบบดั้งเดิมและที่ควบคุมด้วยอินเวอร์เตอร์อาจมีความเหมาะสม อย่างไรก็ตามระบบอินเวอร์เตอร์มีให้เพิ่มเติม ความสามารถในการตั้งโปรแกรมที่ช่วยลดการคาดเดาของผู้ปฏิบัติงาน ทำให้สามารถจัดเก็บพารามิเตอร์การเชื่อมไว้เป็นสูตรได้ สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือเมื่อผู้ปฏิบัติงานหลายคนใช้อุปกรณ์ร่วมกัน

สถานการณ์ B: การผลิตระดับกลางที่มีข้อกำหนดในการตรวจสอบย้อนกลับ

มาตรฐานคุณภาพที่เกิดขึ้นใหม่ในภาคส่วนต่างๆ เช่น ความต้องการตู้อิเล็กทรอนิกส์หรือโมดูลแบตเตอรี่ เอกสารกระบวนการ :

• โปรไฟล์การเชื่อมปัจจุบันต่อข้อต่อ
• เวลาเชื่อมจริงเทียบกับเป้าหมาย
• ID ผู้ดำเนินการและการประทับเวลา

ในสถาปัตยกรรมเหล่านี้ ระบบการเชื่อมอินเวอร์เตอร์ที่มีอินเทอร์เฟซดิจิทัลมีข้อได้เปรียบอย่างชัดเจน สถาปัตยกรรมระบบทั่วไปอาจรวมถึง:

เหยียบผู้ปฏิบัติงาน -> แหล่งจ่ายไฟอินเวอร์เตอร์ -> หัวเชื่อม
|
บมจ. / คอนโทรลเลอร์
|
MES / ฐานข้อมูลคุณภาพ (ผ่านเครือข่าย)

การตั้งค่านี้เปิดใช้งาน การสื่อสารแบบสองทิศทาง โดยที่ตัวควบคุมสามารถตรวจสอบรหัสชิ้นส่วน เลือกสูตรการเชื่อมที่เหมาะสม และบันทึกการวัดการเชื่อม

สถานการณ์ C: เซลล์หุ่นยนต์แบบบูรณาการ

ในเซลล์การเชื่อมด้วยหุ่นยนต์ แหล่งจ่ายไฟในการเชื่อมจะต้องโต้ตอบกับตัวควบคุมการเคลื่อนไหว ระบบวิชันซิสเต็ม และอินเตอร์ล็อคเพื่อความปลอดภัย แหล่งจ่ายไฟแบบอินเวอร์เตอร์ให้ประสิทธิภาพที่ดีเนื่องจาก:

• รอยเท้าขนาดกะทัดรัด
• การควบคุมแบบดิจิตอลความเร็วสูง
• ซิงโครไนซ์ทริกเกอร์กับการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์

ในระบบดังกล่าว. เครื่องเชื่อมจุดแบบเหยียบเวลาเชื่อมแบบปรับได้ แนวคิดแปลเป็นสัญญาณทริกเกอร์แบบดิจิทัลแทนที่จะเป็นแป้นเหยียบ แม้ว่าหลักการเคลื่อนไหวและเวลาพื้นฐานยังคงสอดคล้องกัน

ผลกระทบทางเทคนิคต่อประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพ และการบำรุงรักษา

คุณภาพการเชื่อมและความสม่ำเสมอ

ระบบควบคุมที่ควบคุมด้วยอินเวอร์เตอร์ช่วยลดความแปรผันโดยการเปิดใช้งานรูปคลื่นกระแสที่ตั้งโปรแกรมได้และ กำหนดเวลาที่มีความละเอียดสูง (ต่ำกว่ามิลลิวินาที) ส่งผลให้:

• ควบคุมความร้อนเข้าได้อย่างเข้มงวดยิ่งขึ้น
• ลดการกระเด็นและการเกาะของอิเล็กโทรด
• ความเสถียรของกระบวนการที่มากขึ้นตลอดทั้งกะ

ระบบ AC แบบดั้งเดิมสามารถให้ผลลัพธ์ที่ยอมรับได้ แต่มักจะต้องอาศัยทักษะของผู้ปฏิบัติงานเพื่อชดเชยความแปรปรวนทางไฟฟ้าและความร้อนโดยธรรมชาติ

ประสิทธิภาพการดำเนินงาน

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงขึ้นในระบบอินเวอร์เตอร์มีดังนี้:

• การดึงกำลังสูงสุดที่ต่ำกว่า
• ลดค่าใช้จ่ายความต้องการในสิ่งอำนวยความสะดวกที่ไวต่อพลังงาน
• ความร้อนน้อยลงในแหล่งจ่ายไฟของการเชื่อม ทำให้ข้อกำหนดในการระบายความร้อนทำได้ง่ายขึ้น

ซึ่งสามารถแปลเป็นการประหยัดต้นทุนการดำเนินงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีปริมาณมาก

ความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานยาวนาน

ความซับซ้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อินเวอร์เตอร์ทำให้เกิดคำถามดังนี้:

• ความไวต่อเสียงทางอุตสาหกรรมและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า
• ความน่าเชื่อถือในระยะยาวของเซมิคอนดักเตอร์กำลังภายใต้โหลดการเชื่อม

อย่างไรก็ตาม การออกแบบที่ทันสมัยได้รวมคุณสมบัติการป้องกันที่แข็งแกร่ง (กระแสเกิน อุณหภูมิเกิน การป้องกันไฟกระชาก) และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบโมดูลาร์ที่อำนวยความสะดวก การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ .

ความสามารถในการให้บริการและการบำรุงรักษา

ระบบ AC แบบดั้งเดิมที่มีส่วนประกอบดิจิทัลน้อยกว่า อาจถูกมองว่าให้บริการในระดับพื้นฐานได้ง่ายกว่า ในทางตรงกันข้าม ระบบอินเวอร์เตอร์:

• ต้องใช้เครื่องมือวินิจฉัยสำหรับการแก้ไขปัญหาระดับคอนโทรลเลอร์
• เปิดใช้งานการตรวจสอบรหัสข้อผิดพลาดและแนวโน้มประสิทธิภาพจากระยะไกล

สำหรับทีมบำรุงรักษา นี่หมายถึงการลงทุนใน ยกระดับทักษะ แต่ได้รับการแยกข้อผิดพลาดและการวัดเวลาทำงานที่ดีขึ้น

แนวโน้มอุตสาหกรรมและทิศทางเทคโนโลยีในอนาคต

การบูรณาการดิจิทัลและอุตสาหกรรม 4.0

ทั่วทั้งภาคการผลิต การขับเคลื่อนไปสู่ระบบที่เชื่อมต่อกันมีความเข้มข้นมากขึ้น:

• การวิเคราะห์ข้อมูลการเชื่อมเพื่อการปรับปรุงกระบวนการ
• แดชบอร์ดแบบเรียลไทม์สำหรับการตรวจสอบการผลิต
• การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ตามลายเซ็นทางไฟฟ้าและความร้อน

แนวโน้มนี้สนับสนุนสถาปัตยกรรมที่ใช้อินเวอร์เตอร์ซึ่งมีความสามารถในการสื่อสารแบบดิจิทัลโดยธรรมชาติ

การเชื่อมแบบอะแดปทีฟและการควบคุมแบบวงปิด

การวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นใหม่มุ่งเน้นไปที่ การควบคุมการเชื่อมแบบปรับได้ :

• การตรวจสอบตัวบ่งชี้การก่อตัวของนักเก็ตที่เกิดขึ้นจริง
• การปรับโปรไฟล์ปัจจุบันแบบเรียลไทม์
• การชดเชยการสึกหรอของอิเล็กโทรดแบบไดนามิก

ความสามารถดังกล่าวเป็นเรื่องยากที่จะนำไปใช้กับระบบที่ใช้เฉพาะหม้อแปลงไฟฟ้าเท่านั้น

สถาปัตยกรรมพลังงานไฮบริด

ระบบในอนาคตอาจจะผสมผสานกับ ความทนทานของหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ ด้วย วงจรควบคุมอินเวอร์เตอร์แบบดิจิตอล นำเสนอความทนทานของการออกแบบแบบดั้งเดิมพร้อมรายละเอียดการควบคุมที่ได้รับการปรับปรุง

ความยั่งยืนและการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน

ผู้ผลิตกำลังวัดปริมาณการใช้พลังงานในระดับเซลล์เชื่อมเพิ่มมากขึ้น ระบบอินเวอร์เตอร์ด้วย ตัวประกอบกำลังที่สูงขึ้นและลดการสูญเสีย สอดคล้องกับเป้าหมายความยั่งยืนและการริเริ่มการรายงานพลังงาน

สรุป: คุณค่าระดับระบบและความสำคัญทางวิศวกรรม

สำรวจภูมิทัศน์ของ ระบบเทคโนโลยีการเชื่อมจุดแบบเหยียบ จากมุมมองทางวิศวกรรมพบว่า:

• ระบบควบคุมที่ควบคุมด้วยอินเวอร์เตอร์มีความแม่นยำสูงกว่า เพิ่มโอกาสในการบูรณาการ และการจัดการข้อมูลที่ดีขึ้น เมื่อเทียบกับรุ่น AC แบบดั้งเดิม
• ช่างเชื่อมที่ใช้ไฟ AC แบบดั้งเดิมยังคงให้ความสำคัญ โดยที่ความเรียบง่าย ความทนทาน และต้นทุนต่ำเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง
• การเลือกระหว่างเทคโนโลยีควรทำตาม ข้อกำหนดระดับระบบ — รวมถึงการตรวจสอบย้อนกลับกระบวนการ การบูรณาการกับเครือข่ายโรงงาน งบประมาณด้านพลังงาน และกลยุทธ์การบำรุงรักษา — แทนที่จะพิจารณาเฉพาะคุณลักษณะระดับผลิตภัณฑ์เพียงอย่างเดียว
• บทบาทของ เครื่องเชื่อมจุดแบบเหยียบเวลาเชื่อมแบบปรับได้ ยังคงมีอยู่ในทั้งสองกระบวนทัศน์ แต่การใช้งานและการเพิ่มประสิทธิภาพจะปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญด้วยการควบคุมอินเวอร์เตอร์

นี่ไม่ได้หมายถึงการเปลี่ยนรุ่น AC แบบขายส่ง แต่เป็น เทคโนโลยีเปลี่ยนไปสู่ระบบที่มีความสามารถทางดิจิทัลและประหยัดพลังงานมากขึ้น สำหรับการใช้งานที่คุณลักษณะเหล่านั้นส่งมอบคุณค่าทางวิศวกรรมที่วัดได้

คำถามที่พบบ่อย

1. อะไรเป็นตัวกำหนดเครื่องเชื่อมจุดเชื่อมแบบเหยียบที่ควบคุมด้วยอินเวอร์เตอร์
เครื่องเชื่อมจุดไฟแบบเหยียบที่ควบคุมโดยอินเวอร์เตอร์ใช้อิเล็กทรอนิกส์กำลังในการแปลง AC ขาเข้าเป็น DC ความถี่สูง จากนั้นสังเคราะห์โปรไฟล์กระแสควบคุม ทำให้สามารถควบคุมพารามิเตอร์การเชื่อมได้ละเอียดยิ่งขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่ขับเคลื่อนด้วยหม้อแปลงโดยตรง

2. เหตุใดเวลาในการเชื่อมที่ปรับได้จึงมีความสำคัญ
เวลาในการเชื่อมที่ปรับได้ช่วยให้วิศวกรสามารถปรับอินพุตความร้อนให้ตรงกับกองวัสดุและความหนาของวัสดุ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการก่อตัวของก้อนโลหะที่สม่ำเสมอและลดข้อบกพร่องให้เหลือน้อยที่สุด

3. ระบบอินเวอร์เตอร์มีราคาแพงกว่าในการบำรุงรักษาหรือไม่?
พวกเขาอาจต้องการเครื่องมือวินิจฉัยและการฝึกอบรมเฉพาะทาง แต่การรายงานข้อผิดพลาดทางดิจิทัลและความสามารถในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์มักจะช่วยลดเวลาหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน

4. อินเวอร์เตอร์และระบบ AC สามารถอยู่ร่วมกันในโรงงานเดียวกันได้หรือไม่?
ใช่. การเลือกควรสอดคล้องกับความต้องการของระบบ เซลล์เอกสารที่มีสคริปต์สคริปต์สูงจะได้รับประโยชน์จากอินเวอร์เตอร์ ในขณะที่งานการผลิตทั่วไปอาจได้รับการตอบสนองอย่างดีจากรุ่น AC

5. ระบบอินเวอร์เตอร์สนับสนุนอุตสาหกรรม 4.0 อย่างไร?
ด้วยการอำนวยความสะดวกให้กับโปรโตคอลการสื่อสารดิจิทัล (อีเธอร์เน็ต/IP, Modbus) และเปิดใช้งานการรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์ เพิ่มขีดความสามารถการวิเคราะห์และการบูรณาการกับระบบการดำเนินการด้านการผลิต

อ้างอิง

1. R. Nycz, “พื้นฐานและกระบวนการเชื่อมด้วยความต้านทาน” วารสารวิทยาศาสตร์การผลิตและวิศวกรรมศาสตร์ เล่มที่ 142, ไม่ใช่. 3 กันยายน 2020.
2. อ. คริสโซลูริส ระบบการผลิต: ทฤษฎีและการปฏิบัติ ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 3 สปริงเกอร์ 2018
3. M. F. Zaeh และ G. Branner, “ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในกระบวนการเชื่อม: แนวโน้มอันล้ำสมัยและอนาคต” วารสารการเชื่อม เล่มที่ 97 ไม่ใช่ 12/09/2019