螺柱焊

將金屬螺柱或類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.qlightnano.com/" class="tag-link">螺柱焊，通常用英文簡稱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、造船、機(jī)車、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作電弧螺柱焊（ARC STUD WELDING），也有資料稱作標(biāo)準(zhǔn)螺柱焊。電弧螺柱焊的電弧放電是持續(xù)而穩(wěn)定的電弧過程，焊接電流不經(jīng)過調(diào)制，焊接過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程是不穩(wěn)定的電弧過程，即電弧電壓與電弧電流瞬時(shí)在變化著，焊接過程是不可控的。這種穩(wěn)定電弧螺柱焊通常稱作電容放電螺柱焊或電容儲能螺柱焊，有些資料亦稱作尖端放電螺柱焊。

第三種電弧法螺柱焊的基本形成是電弧電流經(jīng)過波形控制的電流螺柱焊，通常稱作短周期螺柱焊（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)的電弧過程是階段穩(wěn)定的電弧過程，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程

（1）焊接過程  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程是穩(wěn)定的電弧燃燒過程，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焊一樣由氬氣通過噴嘴形成圍繞電弧的保護(hù)罩，因?yàn)槁葜覆淮嬖谌鄣芜^渡以及接頭基本上是塑性連接，熔池沒有冶金過程，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)市場價(jià)一角錢左右，比采用氬氣保護(hù)焊接成本低得多。

（2）螺柱尺寸  電弧螺柱焊對螺柱尺寸要求如下：

1）螺柱長度必須大于20mm才能施焊。螺柱長度應(yīng)由夾持長度、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，其余是夾持長度約5~6mm。所謂焊接留量是指螺柱視在長度與焊后工件表面到螺柱上端長度的差值，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)螺柱長度時(shí)必須考慮預(yù)留這段長度，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)電流線集中，提升引弧時(shí)熱電離及熱發(fā)射在電弧發(fā)生過程起更大的作用。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。