螺柱焊機及其焊接工藝概述

所謂螺柱焊是指在金屬或類似金屬件的端面與另一金屬工件表面之間產生電弧，待接合面熔化時迅速施加壓力，完成焊接的一種方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于這種焊接新技術具有快速、可靠、簡化工序、降低成本等一系列優點，因而引起了世界各國的普遍重視，經過不斷地改進和完善，特別是二次世界大戰后得到了迅速發展，現已廣泛應用到橋梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽車、電站、電控柜等行業�？珊附拥吞间�、不銹鋼、低合金鋼，銅、鋁及其合金材質的螺柱、焊釘、銷釘、栓釘等。據報道1)，日本園柱頭焊釘(栓釘)的年焊接量為6000萬個，異型棒狀焊釘年焊接量為300萬個�？梢娐葜�焊接在日本鋼結構建筑中的應用規模。近年來我國經濟建設發展迅速，使用螺柱焊接的領域也越來越廣泛，因此有必要對螺柱焊接技術和焊接工藝進行深入研究，以便提高焊接質量，推廣普及這種焊接技術。
　　螺柱焊接技術發展到今天，已經成為西方發達國家的一種基本的熱加工方法，螺柱(焊釘)的焊接大約有80%以上是通過螺柱焊機完成的。而我國1986年才在成都試制成功第一臺螺柱焊機。至于螺柱焊接技術的應用，還是從上世紀的九十年代才逐步展開的，到現在也只有20來年的歷史，因此螺柱焊在我國還是一種剛剛興起的行業，不論焊接設備，還是焊接工藝都與國外有不少差距。分析這種差距，并逐步縮短這種差距，直至趕超世界水平則是我國螺柱焊接行業的神圣使命。
　　螺柱焊機的分類
　　螺柱焊機分為電弧螺柱焊機和電容放電螺柱焊機兩大類，前者以弧焊整流器作為電源進行焊接，后者則以電容器貯存的能量瞬間放電而進行焊接。兩種焊接方式的特點及應用情況見表1。
　　表1 電弧螺柱焊和電容放電螺柱焊的特點
　　焊接方式 焊接時間tw ms 可焊螺柱直徑d mm 焊接電流I A 保護方式 最低板厚
　　電弧螺柱焊 瓷環保護 ＞100 3～25 300～3000 瓷環 1/4d但不能小于1mm
　　氣體保護 ＞100 3～16 300～3000 氣體 1/8d但不能小于1mm
　　短周期焊接 ≤100 3～12 ≤1500 不保護或氣體保護 1/8d但不能小于0.6mm
　　拉弧式電容放電螺柱焊 ＜10 3～10 ≤3000(峰值) 不保護 1/10d但不能小于0.5mm
　　注：最低板厚是指避免燒穿的厚度。
　　1電弧螺柱焊機
　　電弧螺柱焊機是由焊接電源、控制器、焊槍、地線鉗、焊接電纜等部分組成。但大多數焊接設備的焊接電源都與控制器合并為一體，稱為主機。比較先進的控制方式是使用微處理器，以便精確設置和適時控制焊接過程中的焊接電流、焊接時間等參數。焊接電源一般為晶閘管控制的或逆變式的弧焊整流器。逆變式的弧焊整流器體積小、重量輕、動特性好，無疑是焊機的首選，但受大功率器件的限制，所以目前大容量的焊機還是以晶閘管控制的弧焊整流器為主。但不論那種結構的焊接電源，其安全要求都應符合GB15579的規定。用于螺柱焊的直流焊接電源應具有以下特點：
　　a、焊接電源應具有下降的靜外特性。只有這樣才能維持電弧的穩定性，保證焊接質量。
　　b、焊接電源應有引弧電流(40～50A)和較高的空載電壓(70～
　　100V)。以確保100%的引弧成功率，對于大直徑的螺柱焊接，其空載電壓甚至超過100V。只有這樣才能滿足提升高度較大時的需求。
　　c、有較高的負載電壓。按弧焊電源下降特性的定義，當焊接
　　電流≥600A時，其負載電壓應保持44V不變。在施工現場使用的焊機，其焊接電纜較長，有的長達50m，電壓降很大。如果不增加負載電壓加以補償，就勢必會降低其焊接能力，若不按照ISO14555規定配制焊接電纜的截面積，情況就會更加嚴重，甚至無法焊接。這就是為什么不同廠家制造的同一電流等級的焊機，其焊接螺柱的最大直徑有較大差異的主要原因之一。