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螺柱焊接技術由于具有快速、可靠、操作簡單和成本低等優(yōu)點，可替代鉚接、鉆孔、手工電弧焊和釬焊等連接工藝，可焊接碳鋼、不銹鋼、鋁以及銅及其合金等金屬，現(xiàn)在已廣泛應用在汽車、船舶制造等領域。我國應用螺柱焊接技術的歷史不長，但是隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和制造業(yè)水平的不斷提高，螺柱焊接技術正被越來越多的國內企業(yè)所采用。
螺柱焊接技術及原理
將螺柱或類似的金屬柱狀物及其他緊固件焊接在工件上的方法稱為螺柱焊。實現(xiàn)螺柱焊的方法有多種：電阻焊、摩擦焊、爆炸焊及電弧焊等。目前應用最廣泛的方法是電弧法螺柱焊，根據(jù)焊接電源的不同，可細分為儲能式（電容放電）螺柱焊和拉弧式螺柱焊。
1．儲能式螺柱焊
儲能式螺柱焊由充電電容放電提供焊接所需的能量，當電容放電時，螺柱和工件之間出現(xiàn)很短時間的電弧，電弧會熔化工件表面和螺柱頂端的少量金屬，隨后螺柱浸入熔池，熔化金屬迅速冷卻，形成焊接接頭。儲能式螺柱焊的焊接時間極短，通常情況下在5ms之內，無需保護氣體；熔池淺，約0.1mm，工件背面無變形、壓痕，適于薄板焊接；可用于焊接碳鋼、不銹鋼、鋁、銅及其合金等金屬；板厚與螺柱直徑比可達1∶10。
儲能式螺柱焊設備根據(jù)焊槍的配置不同，可分為接觸式和間隙式兩種。
接觸式螺柱焊依靠焊槍內置彈簧壓緊螺柱，工件和螺柱之間的距離由螺柱頂部小凸臺來保證，當電容放電時，小凸臺迅速氣化，螺柱和工件之間出現(xiàn)電弧，電弧產(chǎn)生的熱量使螺柱頂部形成熔化層，工件表面形成很淺的熔池。在焊槍內置彈簧壓力下，螺柱快速下沉，在3～4ms內，螺柱浸入熔池，電弧消失，熔池冷卻迅速形成焊接接頭（見圖1）。
圖1 接觸式螺柱焊接過程
間隙式螺柱焊接過程和接觸式螺柱焊大致相同，不過與接觸式的彈簧壓緊螺柱與工件接觸不同的是，間隙式是通過電動或氣動的方式把螺柱從工件表面提升到一定距離，然后螺柱下沉，同時電容放電，螺柱與工件之間產(chǎn)生電弧。這種焊接方式與接觸式相比，焊接時間更短。
（1）焊接工藝參數(shù)。儲能式螺柱焊的工藝參數(shù)主要有：螺柱直徑、焊接電壓、焊接時間和螺柱伸出長度。儲能式螺柱焊只有一個顯著的特點：電容放電過程不可控，焊接時間不可調。螺柱伸出長度可以根據(jù)經(jīng)驗來確定，通常在1.0～1.5mm之間。
儲能式螺柱焊的焊接能量是由螺柱焊機的電容組的電容量和充電電壓決定：W＝CU2，其中，W-焊接設備的額定儲存能量，C-電容器組的總電容量，U-充電電壓。
儲能式螺柱焊設備的瞬間焊接電流峰值約為1000～10000A，這取決于設備電容量、充電電壓、焊接回路電阻和電感。一般來講，從保護操作者和設備本身的安全性考慮，充電電壓通常在200V之內。由于設備出廠時，電容量已經(jīng)固定，所以實際工作時，只能調節(jié)充電電壓，根據(jù)螺柱直徑大小和工件板厚，確定合適的電壓值。
（2）設備組成及特點。儲能式螺柱焊設備由焊接電源、焊槍、地線鉗以及混合電纜等部分組成。增加自動送料器等輔助設備可配置成半自動或自動螺柱焊接設備。根據(jù)焊接電源和螺柱規(guī)格的不同，手工焊接效率可達15個/min左右，自動焊接可達50個/min左右。儲能式螺柱焊設備操作簡單，設備輕巧，適用于直徑≤10mm、對連接強度要求不高的螺柱焊接。
2．拉弧式螺柱焊
拉弧式螺柱焊接與儲能式焊接的電容放電不同，它是通過晶閘管控制的直流電源或逆變式焊接電源來進行焊接。拉弧式螺柱焊接工藝，螺柱和工件的金屬熔化量比儲能式螺柱焊多，熔深較深，影響焊接質量的參數(shù)較為復雜，螺柱所能承受的強度也更大。
拉弧式螺柱焊根據(jù)焊接時間的長短，可細分為長周期螺柱焊和短周期螺柱焊。拉弧式螺柱焊的工作過程是（見圖2）：螺柱接觸工件，通電后利用螺柱夾持機構提升螺柱，此時螺柱與工件之間出現(xiàn)穩(wěn)定燃燒電弧，電弧熱熔化螺柱頂部和工件表面，隨后螺柱夾持機構壓迫螺柱下沉到工件熔池，斷電后形成焊接接頭。短周期螺柱焊與長周期螺柱焊不同的地方是焊接時間僅為長周期螺柱焊的十分之一到幾十分之一。另外短周期螺柱焊在焊接電弧出現(xiàn)之前有一個引導電弧，其作用是清除工件或螺柱頂部表面的油污、油脂或涂層。 | 