螺柱焊的过程及工艺参数

第2章螺柱焊的过程及工艺参数

2.1螺柱焊的过程

螺柱焊的基本过程是引弧→焊接电弧→顶锻→冷却凝固；在这一过程中，焊接电流、焊接时间以及焊接过程中电弧的形态，对焊接结果有很大影响。

螺柱焊的引弧受程序控制，先是螺钉接触到工件，当按住启动按钮后，焊机首先提供一个微小电流，之后螺钉被提升，在螺钉尖端的铝极与工件之间建立电弧。（说明：铝极是襄嵌在螺柱尖端的一部份铝材料，其作用是便于引弧及还原被氧化的铁。）

当建立了电弧之后，焊机自动进入大电流焊接：螺柱端部开始熔化，工件上形成溶池。此时的燃弧过程称焊接电弧阶段。

当到达设定的焊接时间之后，电弧熄灭，螺柱在外力(一般为弹簧力)的作用下，浸入溶池。进入顶锻阶段。

然后，溶池自然冷却凝固，完成焊接过程。

2.2螺柱焊的工艺参数

螺柱焊的工艺参数主要包括极性选取、电流和焊接时间的选择、提升高度、浸入尺寸及速度的调节。首先说明的是，螺柱直径增加时，焊接所需要的能量也增加。

1.极性

极性是指工件到焊接电源的连接方式，以工件为准：工件接正极即为正极性，工件接负即为负极性。一般的钢质螺钉采用正极性接法。而对于铝及其合金，黄铜材料的螺钉，常采用负极性连接方式。

2.焊接电流与焊接时间

一般情况下，焊接电流正比与螺柱的公称直径。当直径小于16mm时，焊接电流一般是公称直径的80倍，即10mm的螺钉，使用的焊接电流为800A。当直径超过16mm时，焊接电流一般取值为公称直径的90倍。当螺钉材料为合金钢时，电流取值减少10%。焊接时间的取值也与直径成比例关系：对于公称直径小于12mm的螺柱，一般取0.02d（d为螺柱的公称直径），对于公称直径大于12mm的螺柱，一般取0.04d。

如果焊接位置不是平焊，而是横焊或仰焊，一般采用增大电流和减少焊接时间进行焊接。当工件为薄板时，为了不致工件烧穿，也采用增大电流和减少焊接时间的方法。

3.提升高度

对于不同直径形状的螺柱，要求的提升高度是不一样的，提升高度是否合适，要看是否在焊接过程中出现磁偏吹或短路。当提升高度过大时，电弧燃烧不稳定，容易产生电弧漂移和电弧偏吹。提升高度过小时，电弧容易产生短路而断弧。提升高度对于同一端部形状的螺柱来说，正比于其公称直径，一般在

1.5~4mm变化.

4.浸入尺寸和浸入速度

一般要求螺柱浸入工件尺寸为3-8mm，且正比于螺柱直径。浸入尺寸取决于螺柱下降时的速度和压力。螺柱下降速度越快，压力越大，则浸入的尺寸越大，此时飞溅越大；反之，则浸入尺寸较小，飞溅较小。但如果螺柱下降速度太小，则螺柱有可能不能浸入溶池，出现焊接不牢的现象。调节浸入速度的方法是调节焊枪阻尼。（调整方法参阅后面有关章节）

表2.1 不通螺柱直径的提升高度和浸入尺寸

2.3螺柱焊时的磁偏吹

螺柱焊的电弧对焊接结果具有重要意义，原因是螺柱焊时瞬间电流很大，

产生了很强的磁场。另外，过热的空气和陶瓷环产生的气流也对电弧产生影

响。这两个因素都会导致电弧沿螺柱轴线发生偏移，从而造成电弧偏吹，其

结果是栓钉单边熔化，顶锻后由于热胀冷缩不对称发生偏斜。

通常情况下，由于磁场分布不均而引起的“磁偏吹”影响较大，磁偏吹

发生时，严重影响焊接质量和合格率，有的几乎不能正常进行焊接。

彻底消除螺柱焊时的“磁偏吹”现象几乎是不可能的，人们只能从以下

几种方法中选择一两种方法来降低其影响。

1、在电弧偏吹背向端接入地线

接地端在生产过程中总是预先接好，在焊接过程中，由于工件慢慢被磁化，将发生电弧向接入端的另一面偏移。此时应尽早接入另一根规格相同的地线，长度相同，以防止工件被磁化而发生磁偏吹。

如下图2-2所示：

图2-2 在工件两端接入地线减小磁偏吹

2、结构的影响

当电弧两面为非对称结构时，磁偏吹会偏向质量（重量）较大的一面。这是因为质量较大的一面将会被更大强度地磁化，从而对电弧产生引力，当发生这一现象时，应从结构上进行修正，设计者应考虑螺柱焊施工的要求，在无法避免的情况下，焊接时应注意加入“引铁”。如图2-3所示

图2-3 在磁偏吹的背向端加入“引铁”减小磁偏吹

加入“引铁”的目的是“吸引”电弧，引铁常常加工成半圆形，厚度30mm左右，重量约为1Kg（可根据实际情况稍微做调整）。

3、焊接工装尽量采用非磁性材料。

焊接过程中经常使用一些工具，为防磁化和影响焊接效果，尽量使用塑料制品、铝、奥氏体不锈铜和铜质材料。

4、焊枪电缆也会影响电弧

焊枪电缆（尾线），在阴影区的面积越小，导致磁偏吹越严重，建议焊接时尽量控制尾线，避免焊接质量下降。如图2-4所示

注：同样道理，在临近焊接部位的地方，尽量不要设置任何导线。

图2-4 焊接电缆对磁偏吹的影响

5、焊接部位两面分布异种金属材料

此时应注意是否有材料的磁性差别，如一边是低碳钢，而另一边分布有不锈钢，尽量避免这种情况发生，如无法避免，应尝试使用引铁进行校正。

螺柱焊接机是一种将螺柱通过焊枪，直接焊接在母材上的一种焊接设备。使用螺柱焊机焊接螺柱，在柱焊接过程中，不需要填充料，焊接直径较小的焊钉时，也不需要任何保护，是一种焊接工艺简单，焊接牢固度好，焊接成本低，焊接效率高的焊接方式。这种焊接方式最早流行于欧美，近些年才开始在我国推广，而且使用还不够广泛。但随着我国螺柱焊机制造水平的不断提高，以及螺柱焊机使用效果逐渐被更多的人所认识，螺柱焊机必将在我国得到广泛使用。为了普及螺柱焊机知识，让更多的人了解各种螺柱焊机的性能就很有必要。

一、拉弧式和储能式螺柱焊机的基本特性1、拉弧式螺柱焊机的基本特性：

拉弧式螺柱焊机按照机器的工作频率不同，可分为工频拉弧式螺柱焊机和IGBT高频逆变拉弧式。工频拉弧式螺柱焊机的工作原理是：输入三相380V电流，经大功率工频变压器降压，转换成60-90V、50赫兹的交流电;然后经可控硅和二极管进行整流，形成50-90V的脉动直流电，成为拉弧式螺柱焊机的焊接电源。输出电流的大小，可通过调整可控硅导通角来完成。高频拉弧式螺柱焊机的工作原理是：输入三相380V 交流电，经整流器整流、滤波后形成540V的直流电，然后经过IGBT逆变器，生成方波。方波经过整流，送到高频降压变压器，经过快速二极管整流，变成50-90V脉动的直流电，成为拉弧式螺柱焊机的焊接电源，输出电流的大小，可通过软件程序调制脉宽来控制。

拉弧式螺柱焊机是一种在螺柱焊接时，首先由机器产生的一股小电流引弧，在这股小电流将焊接母材表面的各种附着物燃烧清除后，再由机器产生一股大电流，将螺柱焊接在母材上的一种焊接方式。拉弧式螺柱机的短周期焊接过程示意图如下(图一)：