螺柱焊

將金屬螺柱或類(lèi)似的其他金屬緊固件（栓、釘?shù)龋┖傅焦ぷ鳎ㄒ话銥榘寮┥先サ姆椒ń凶?a href="http://www.14315.cn/" class="tag-link">螺柱焊，通常用英文簡(jiǎn)稱(chēng)SW（STUD WELDING）表示。螺柱焊可以代替鉚接或鉆孔螺絲緊固等。它廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、造船、機(jī)車(chē)、航空、機(jī)械、鍋爐、化工設(shè)備、變壓器及大型建筑結(jié)構(gòu)等行業(yè)。

實(shí)現(xiàn)螺柱焊接的方法有電阻焊、摩擦焊、爆炸焊及電弧焊等多種，這里指的是電弧法螺柱焊（STUD ARC WELDING）。電弧法螺柱焊在使用設(shè)備及焊接技術(shù)方法上有其特殊性，而其他螺柱焊接方法均采用傳統(tǒng)設(shè)備，僅僅焊接夾具有所改變，例如：電阻法螺柱焊其實(shí)就是電阻焊中的T形焊，是凸焊的一種。

電弧法螺柱焊又可根據(jù)其所用焊接電源不同而分為三種基本形式：

第一種是穩(wěn)定電弧螺柱焊，螺柱端部與工件表面之間產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧過(guò)程，電弧作為熱源在工作上形成熔池，同時(shí)螺柱端被加熱形成熔化層，在壓力（彈簧等機(jī)械壓力）作用下將螺柱端部浸入熔池，并將液態(tài)金屬全部或部分?jǐn)D出接頭之外，從而形成再結(jié)晶的塑性連接或再結(jié)晶與重結(jié)晶混合連接接頭。這種螺柱焊的電源一般是弧焊整流器（可控整流或不控整流）、焊接逆變器或直流弧發(fā)電機(jī)，即普通弧焊電源就可以。穩(wěn)定電弧螺柱焊通常稱(chēng)作電弧螺柱焊（ARC STUD WELDING），也有資料稱(chēng)作標(biāo)準(zhǔn)螺柱焊。電弧螺柱焊的電弧放電是持續(xù)而穩(wěn)定的電弧過(guò)程，焊接電流不經(jīng)過(guò)調(diào)制，焊接過(guò)程中焊接電流基本上是恒定的。
第二種是不穩(wěn)定電弧螺柱焊，與上述方法不同之處在于供電電源是電容器組，電容器在螺柱端部與工作表面間的放電過(guò)程是不穩(wěn)定的電弧過(guò)程，即電弧電壓與電弧電流瞬時(shí)在變化著，焊接過(guò)程是不可控的。這種穩(wěn)定電弧螺柱焊通常稱(chēng)作電容放電螺柱焊或電容儲(chǔ)能螺柱焊，有些資料亦稱(chēng)作尖端放電螺柱焊。

第三種電弧法螺柱焊的基本形成是電弧電流經(jīng)過(guò)波形控制的電流螺柱焊，通常稱(chēng)作短周期螺柱焊（SHORT CYCLE STUD WELDING）或短時(shí)間螺柱焊（SHORT TIME STUD WELDING）也有資料稱(chēng)作行程式螺柱焊，這種螺柱焊的電源一般情況下是兩個(gè)并聯(lián)的電源先后給電弧供電，可以是兩個(gè)弧焊整流器，也可是整流器加電容器組，只有采用逆變器作電源時(shí)可以不用雙電源。短周期螺柱焊采用逆變器或雙整流作電源時(shí)的電弧過(guò)程是階段穩(wěn)定的電弧過(guò)程，當(dāng)雙電源中含有電容器組時(shí)，電容放電產(chǎn)生的電弧過(guò)程仍然是不穩(wěn)定的。

三種基本方法各有不同的特點(diǎn)及不同的最佳應(yīng)用領(lǐng)域。但也有共同之處，即為了保證接頭質(zhì)量都要求螺柱浸入熔池，熄弧后仍然保留幾毫秒帶電（短路電流）加壓時(shí)間，這和電阻對(duì)焊中的有電頂鍛的概念是一致的。

本章僅介紹在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)大量使用的電弧螺柱焊焊接接過(guò)程

（1）焊接過(guò)程  電弧螺柱焊電弧發(fā)生與焊條電弧焊時(shí)焊條的引弧原理是相同的，都是短路提升引弧。不同的是螺柱被夾持在焊槍的夾頭上，操作者將焊槍的支撐架定位螺柱與工件短路點(diǎn)。焊槍中的磁力提升機(jī)構(gòu)使螺柱上升引弧。當(dāng)提升機(jī)構(gòu)的電磁鐵釋放時(shí)，彈簧加壓使螺柱浸入熔池，斷電冷卻形成接頭。螺柱提升高度即螺柱的行程是在焊槍中焊前調(diào)定的。

（2）保護(hù)瓷環(huán)  電弧螺柱焊的焊接加熱過(guò)程是穩(wěn)定的電弧燃燒過(guò)程，像有保護(hù)的普通電弧焊（藥皮焊條弧焊、埋弧焊及氣體保護(hù)焊）一樣，為防止空氣侵入熔池惡化接頭質(zhì)量而要求保護(hù)，電弧螺柱焊可以采用氣保護(hù)，一般采用氬氣，像GTAW焊一樣由氬氣通過(guò)噴嘴形成圍繞電弧的保護(hù)罩，因?yàn)槁葜覆淮嬖谌鄣芜^(guò)渡以及接頭基本上是塑性連接，熔池沒(méi)有冶金過(guò)程，所以不采用CO2氣。也可以采用渣保護(hù)，在螺柱定位短路后用埋弧焊焊劑埋上焊接區(qū)進(jìn)行引弧焊接，同時(shí)焊劑也可以穩(wěn)弧，和埋弧焊過(guò)程基本一樣，亦只限于可以存住焊劑的平位焊。但大多數(shù)情況（結(jié)構(gòu)鋼螺柱焊）采用陶瓷環(huán)的機(jī)械保護(hù)方法。陶瓷環(huán)也稱(chēng)作保護(hù)套圈（圖2）其作用是除了防止空氣侵入焊接區(qū)之外，還可以產(chǎn)生熱量集中的效果以及有助于接頭在各種空間位置成形。焊接螺柱被加壓下落將熔池熔化金屬擠出到瓷環(huán)的焊縫成形穴中，由瓷環(huán)控制焊腳形狀，凝固后成為接頭的一部分，所以接頭是由塑性連接及熔化連接兩種連接方式共同完成的焊接過(guò)程。瓷環(huán)保護(hù)圈是一次性消耗材料，焊后自然破碎清除即可，瓷環(huán)市場(chǎng)價(jià)一角錢(qián)左右，比采用氬氣保護(hù)焊接成本低得多。

（2）螺柱尺寸  電弧螺柱焊對(duì)螺柱尺寸要求如下：

1）螺柱長(zhǎng)度必須大于20mm才能施焊。螺柱長(zhǎng)度應(yīng)由夾持長(zhǎng)度、瓷環(huán)高度及焊接留量三部分組成。焊接時(shí)套入螺柱的瓷環(huán)一般在10mm左右，焊接留量大約在3～5mm，其余是夾持長(zhǎng)度約5~6mm。所謂焊接留量是指螺柱視在長(zhǎng)度與焊后工件表面到螺柱上端長(zhǎng)度的差值，差值是由于焊接熔化、插入熔池及加壓時(shí)塑性變形共同縮短的量。在設(shè)計(jì)螺柱長(zhǎng)度時(shí)必須考慮預(yù)留這段長(zhǎng)度，所以叫做焊接留量。

2）螺柱直徑一般得大于6mm，小于30mm，否則焊接難度增大甚至難以采用電弧螺焊接方法。

3）螺柱端部應(yīng)加工成錐形，錐度按專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許偏差較大。加工成錐形是為了便于短路引弧，短路通電時(shí)電流線(xiàn)集中，提升引弧時(shí)熱電離及熱發(fā)射在電弧發(fā)生過(guò)程起更大的作用。有時(shí)在錐端鑲嵌或涂敷鋁的氧化物作為引弧劑，當(dāng)焊接電流強(qiáng)度選得較大時(shí)可以不用引弧劑。