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螺柱焊工艺
所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表面之间产生电弧,待接合面熔化时迅速施加压力,完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点,因而引起了世界各国的普遍重视,经过不断地改进和完善,特别是二次世界大战后得到了迅速发展,现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢,铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。据报道1),日本园柱头焊钉(栓钉)的年焊接量为6000万个,异型棒状焊钉年焊接量为300万个。可见螺柱焊接在日本钢结构建筑中的应用规模。近年来我国经济建设发展迅速,使用螺柱焊接的领域也越来越广泛,因此有必要对螺柱焊接技术和焊接工艺进行深入研究,以便提高焊接质量,推广普及这种焊接技术。
螺柱焊接技术发展到今天,已经成为西方发达国家的一种基本的热加工方法,螺柱(焊钉)的焊接大约有80%以上是通过螺柱焊机完成的。而我国1986年才在成都试制成功第一台螺柱焊机。至于螺柱焊接技术的应用,还是从上世纪的九十年代才逐步展开的,到现在也只有20来年的历史,因此螺柱焊在我国还是一种刚刚兴起的行业,不论焊接设备,还是焊接工艺都与国外有不少差距。分析这种差距,并逐步缩短这种差距,直至赶超世界水平则是我国螺柱焊接行业的神圣使命。

螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类,前者以弧焊整流器作为电源进行焊接,后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。
表1 电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊的特点
焊接方式焊接时间tw ms 可焊螺柱直径d mm 焊接电流I A 保护方式最低板厚
电弧螺柱焊瓷环保护>100 3~25 300~3000 瓷环 1/4d但不能小于1mm
气体保护>100 3~16 300~3000 气体 1/8d但不能小于1mm
短周期焊接≤100 3~12 ≤1500 不保护或气体保护 1/
拉弧式电容放电螺柱焊<10 3~10 ≤3000(峰值) 不保护 1/
注:最低板厚是指避免烧穿的厚度。
电弧螺柱焊机
电弧螺柱焊机是由焊接电源、控制器、焊枪、地线钳、焊接电缆等部分组成。但大多数焊接设备的焊接电源都与控制器合并为一体,称为主机。比较先进的控制方式是使用微处理器,以便精确设置和适时控制焊接过程中的焊接电流、焊接时间等参数。焊接电源一般为晶闸管控制的或逆变式的弧焊整流器。逆变式的弧焊整流器体积小、重量轻、动特性好,无疑是焊机的首选,但受大功率器件的限制,所以目前大容量的焊机还是以晶闸管控制的弧焊整流器为主。但不论那种结构的焊接电源,其安全要求都应符合GB15579的规定。用于螺柱焊的直流焊接电源应具有以下特点:
a、焊接电源应具有下降的静外特性。只有这样才能维持电弧的稳定性,保证焊接质量。
b、焊接电源应有引弧电流(40~50A)和较高的空载电压(70~100V)。以确保100%的引弧成功率,对于大直径的螺柱焊接,其空载电压甚至超过100V。只有这样才能满足提升高度较大时的需求。
c、要有较高的负载电压。按弧焊电源下降特性的定义,当焊接电流≥600A时