螺柱焊接三种模式
螺柱焊接 分类(二)
螺柱焊接分类(二)
螺柱焊接分类
1. 焊接方式分类
•MIG焊接：通过电弧将电极熔化填充材料，同时使用氩气保护焊接区域。
•TIG焊接：使用钨极产生的高温电弧，通过手动添加填充材料完成焊接过程。
•电弧焊接：使用电极产生电弧，将工件连接在一起。
2. 焊接材料分类
•钢螺母焊接：适用于焊接钢螺母。
•铜螺塞焊接：适用于焊接铜螺塞。
•不锈钢螺柱焊接：适用于焊接不锈钢螺柱。
3. 焊接位置分类
•平焊接：将螺柱垂直于工件平面，进行焊接。
•竖直焊接：将螺柱水平放置，进行焊接。
•横焊接：将螺柱垂直于工件纵轴，进行焊接。
4. 焊接设备分类
•手持式焊接设备：通过手持焊枪进行螺柱焊接。
•机器人焊接设备：通过预设程序，由机器人进行螺柱焊接。
5. 焊接标准分类
•国际标准：根据国际组织制定的螺柱焊接标准。
•行业标准：根据具体行业需求制定的螺柱焊接标准。
•企业标准：根据企业内部要求制定的螺柱焊接标准。
以上是螺柱焊接的常见分类，根据不同的因素，可以将螺柱焊接
分为不同的类别。
了解不同分类可以帮助选择适当的焊接方法和设备，确保焊接质量和效率。
螺柱焊
螺柱焊（stud welding ）将螺柱一端与板件(或管件)表面接触并通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法。
螺柱焊钉螺柱焊（stud welding）是将螺柱一端与板件（或管件）表面接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法。
电弧螺柱焊用圆柱头焊钉适用高层钢骨结构建筑、工业厂房建筑、公路、铁路、桥梁、塔架、汽车、能源、交通设施建筑、机场、车站、电站、管道支架、起重机械及其它钢结构等。
简介主要由螺柱焊电源和焊枪组成. 电弧螺柱焊的基本原理是在待焊螺柱与工件间引燃电弧，当螺柱与工件被加热到合适温度时，在外力作用下，螺柱送入工件上的焊接熔池形成焊接接头。
根据焊接过程中所用焊接电源的不同，传统电弧螺柱焊可以分为普通电弧螺柱焊和电容储能电弧螺柱焊两种基本方法螺柱焊原理分析螺柱焊是将金属螺柱或其他紧固件焊接在工件上的方法。
实现螺柱焊接的方法有多种，如：拉弧式螺柱焊、储能式螺柱焊、电阻焊、凸焊等。
与之相对应的焊机也有所不同，分别为拉弧式螺柱焊机、储能式螺柱焊机、电阻焊机、凸焊机等。
[1]螺柱焊机在国内有多种非正规称法，如种焊机，植焊机，种钉机，植钉机，植焊机，螺钉焊机，螺丝焊机等等，均是指螺柱焊机。
储能式螺柱焊机储能式螺柱焊机采用大容量电容作为焊接能量的来源，通过可控硅精确控制放电时间，以瞬间低电压-强电流的方式将螺柱尖端迅速熔化，使螺柱和工作面间隙快速合并，将螺柱牢固的焊接在工作面上，整个过程持续约1-3ms。
储能式螺柱焊机的工作原理简图如下：螺柱焊原理图储能式螺柱焊机采用220V交流电，通过变压器1降压，再通过整流桥2将交流电变为直流电，经过双向整流管3和充电电阻向电容6充电。
由智能芯片精确控制可控硅5，使储能电容6瞬间释放全部电量完成整个焊接过程。
储能式螺柱焊机广泛运用于钣金工程、电子业开关柜、试验和医疗设备、食品工业、家电工业、通讯工程、工业全套炊具、办公室和银行设备、投币式督货机、玻璃幕墙结构和绝缘技术等。
螺柱焊接技术
目前，我国汽车制造业主要应用的螺柱焊接技术是短周期拉弧式螺柱焊，辅以相关的自动控制设备，大幅提高了汽车的焊接质量，提升了汽车品质。
螺柱焊接技术由于具有快速、可靠、操作简单和成本低等优点，可替代铆接、钻孔、手工电弧焊和钎焊等连接工艺，可焊接碳钢、不锈钢、铝以及铜及其合金等金属，现在已广泛应用在汽车、船舶制造等领域。
我国应用螺柱焊接技术的历史不长，但是随着我国经济的快速发展和制造业水平的不断提高，螺柱焊接技术正被越来越多的国内企业所采用。
螺柱焊接技术及原理将螺柱或类似的金属柱状物及其他紧固件焊接在工件上的方法称为螺柱焊。
实现螺柱焊的方法有多种：电阻焊、摩擦焊、爆炸焊及电弧焊等。
目前应用最广泛的方法是电弧法螺柱焊，根据焊接电源的不同，可细分为储能式（电容放电）螺柱焊和拉弧式螺柱焊。
1．储能式螺柱焊储能式螺柱焊由充电电容放电提供焊接所需的能量，当电容放电时，螺柱和工件之间出现很短时间的电弧，电弧会熔化工件表面和螺柱顶端的少量金属，随后螺柱浸入熔池，熔化金属迅速冷却，形成焊接接头。
储能式螺柱焊的焊接时间极短，通常情况下在5ms 之内，无需保护气体；熔池浅，约0.1mm，工件背面无变形、压痕，适于薄板焊接；可用于焊接碳钢、不锈钢、铝、铜及其合金等金属；板厚与螺柱直径比可达1∶10。
储能式螺柱焊设备根据焊枪的配置不同，可分为接触式和间隙式两种。
接触式螺柱焊依靠焊枪内置弹簧压紧螺柱，工件和螺柱之间的距离由螺柱顶部小凸台来保证，当电容放电时，小凸台迅速气化，螺柱和工件之间出现电弧，电弧产生的热量使螺柱顶部形成熔化层，工件表面形成很浅的熔池。
在焊枪内置弹簧压力下，螺柱快速下沉，在3～4ms内，螺柱浸入熔池，电弧消失，熔池冷却迅速形成焊接接头（见图1）。
图1 接触式螺柱焊接过程间隙式螺柱焊接过程和接触式螺柱焊大致相同，不过与接触式的弹簧压紧螺柱与工件接触不同的是，间隙式是通过电动或气动的方式把螺柱从工件表面提升到一定距离，然后螺柱下沉，同时电容放电，螺柱与工件之间产生电弧。
螺柱焊的基本原理
螺柱焊的基本原理螺柱电弧焊（SW）是利用金属螺柱（可类似零件）与板状工件之间的电弧实现焊接的一种电弧焊方法。
这种方法不使用填充金属，可使用或不使用保护气体或焊剂，一般使用环绕螺柱端部的瓷环进行局部保护，通常在结合表面充分熔化的瓷环进行局部保护，通常在结合表面充分熔化施加一定的压力。
这种方法是20世纪30年代发明的。
图5.24示出了螺柱焊焊接实例。
螺柱焊有多种形式。
（1）螺柱焊的基本原理有很多人对螺柱焊是否是真正的电弧焊表示怀疑。
这种方法的应用领域非常窄，而且具有与上述种电弧焊方法不同的金属连接过程。
这种方法仅用于将一个预制螺柱（或类似零件）的一端焊接到工件上，它事实上是电弧焊和锻的组合方式。
焊接过程分为两步；首先螺柱端部与工件接触，通电后使电弧引燃，加热并熔化螺柱端部和工件的连接表面；螺柱端部和工件的连接表面充分熔化后，断电并立即施加一定的压力，将螺柱压向工件。
熔化的螺柱端部与工件表面上的熔池熔合，凝固后实现连接。
通常利用一个环绕在螺柱端部的瓷环进行局部保护，或利用涂覆在螺柱端部的一定成分的焊剂进行保护。
图5.25为螺柱焊焊接过程示意图。
首先用螺柱焊焊枪夹住螺柱，降低焊枪，使螺柱与工件接触（图（a)和图（b）}。
按下焊枪上的触发开关，接通焊接回路的电流。
焊接电流触发焊枪上的继电器，驱动螺柱离开工件表面，引燃电弧{图（c）、图(d)}。
控制回路中的计时器开始对电弧燃烧进行计时。
燃弧时间达到预定的时间后，切断焊接电流，焊枪上的电磁线圈释放，在弹簧力的作用下将螺柱太向工件表面上的熔池{图（c)}。
熔池凝固后形成焊缝。
然后，焊枪释放螺柱，瓷环破裂，露出焊缝{图（f)}.。
螺柱焊接方法分类及应用
螺柱焊接方法分类及应用——摘自《焊接设备选用手册》金属结构加工制造的高速发展和技术进步对将金属螺柱（或类似的金属紧固件如栓、钉、锚等）焊到板件（或管件）上去形成T形接头的连接方法不断提出新的要求，于是逐渐产生并形成了一种特殊的焊接技术，即螺柱焊，也称作植焊。
螺柱焊接技术虽然建立在其他成熟的焊接方法的原理基础上，但它毕竟有自己特殊的工艺规律及需要专用的设备，因而形成了一门有别于其他焊接技术的独立学科或技术分支。
实现螺柱焊接的方法根据热源分类，可以有电阻法、摩擦法、****法及电弧法等多种焊接方法。
这里指的是电弧法螺柱焊（stud arc welding），因为只有电弧法螺柱焊才有其技术及焊接设备的特殊性。
电弧法螺柱焊又根据所采用的供电电源可分为三大类螺柱焊接方法。
第一种是稳定的电弧法螺柱焊。
螺柱端部与工件之间，产生稳定的电弧过程，电弧作为热源在工件上形成熔池，同时在螺柱端部形成熔化层及塑性区，螺柱被夹持在焊枪中，靠焊枪中的弹簧压力或其他机械压力作用将螺柱压入熔池，并且将部分或全部熔化金属挤出熔池进入陶瓷环成形槽中，从而形成再结晶的塑性连接或再结晶和重结晶的混合连接接头。
这种螺柱焊的电源一般是具有下降伏安特性的弧焊整流器（可控及不可控整流器）、焊接逆变器或直流弧焊发电机。
如同焊条电弧焊一样，电弧放电是稳定而持续的电弧过程。
稳定的电弧法螺柱焊也称作电弧螺柱焊（arc stud welding）。
第二种是不稳定电弧法螺柱焊。
与前者的不同之处在于电弧的供电电源是电容器组。
电容器在螺柱端部与工件之间放电，实现螺柱焊接。
因为电容放电是不稳定的电弧过程，即电弧电压与焊接电源是瞬间变化着的，过程是不可控的。
这种不稳定的电弧法螺柱焊一般称作电容储能螺柱焊或电容放电螺柱焊（capacitance discharge stud welding）。
又因为用这种方法施焊的螺柱端部中心必须加工出一个凸尖，所以也有人称作尖端放电螺柱焊（peak discharge stud welding）。
螺柱焊分类
螺柱焊分类螺柱焊可以分为两个大类："储能式螺柱焊"和"电弧螺柱焊"。
什么是储能式螺柱焊？储能式螺柱焊又被称为电容放电螺柱焊，设备首先将预先设置好的能量额度充入电容中，随后焊接时，能量从电容中一次性全部释放出来，焊接时间为1-3毫秒。
由于能量并不能源源不断地提供，所以储能式螺柱焊的焊接能力有限，一般用于焊接直径为2-10毫米的螺柱。
储能式螺柱焊的特点电容储能式螺柱焊机通常是将直径10mm以内的螺柱焊接在薄板上（通常是3mm以内的板子），焊接强度弱于拉弧式螺柱焊机。
电弧螺柱焊又叫拉弧式螺柱焊，与储能式螺柱焊不同，拉弧式螺柱焊没有向电容充电的过程，而是通过变压器/整流器降压后直接放电。
由于不需要预充电，电能可以源源不断地释放，所以焊接时间长短可以控制，根据设备功率不同，可焊螺柱直径范围为3-36mm。
电弧螺柱焊的分类根据焊接时间，可以分为长周期电弧螺柱焊机和短周期电弧螺柱焊机。
长周期电弧螺柱焊机，其焊接时间通常为0.5-3s，主要用于将直径M12及以上的螺柱焊接在厚板上（通常板厚为3mm以上，且符合板厚≥螺柱直径×1/3）短周期电弧螺柱焊机，其焊接时间通常为0-100ms，主要用于将直径M12及以下的螺柱焊接在薄板上（通常板厚为0.6mm以上，且符合板厚≥螺柱直径×1/8）电弧螺柱焊机保护方式分类由于电弧螺柱焊接将螺柱本体熔化较多，为了形成更好的焊肉，同时为了减小被氧化，电弧螺柱焊机需要尽可能提供一些保护方式。
根据保护方式，可以分为“无需保护”、“气体保护”和“瓷环保护”等三种方式。
无需保护：通常针对M6以内的螺柱焊接，这种工艺一般对成型美观度以及螺柱强度要求不高；气体保护：通常采用含82%氩气+18%二氧化碳的混合气体；瓷环保护：采用陶瓷环保护的方式可以让焊肉成型更加美观。
电弧螺柱焊机的特点由于存在持续不断的能量输入，电弧螺柱焊机可以将更大直径的螺柱焊接在更厚的母板上，同时其焊接强度大于储能式电容螺柱焊机。
汽车螺柱焊介绍-工作原理,工艺介绍,失效模式
储能焊需要气体保护吗？
焊接时间短，只有1～3ms，空气来
不及侵入焊接区，焊接接头已经形
成，因此无需气体保护
15
小针尖
弧隙
弹簧 焊钉
压力
电容器
接触板材
高电流脉冲
形成
剩余弹
焊钉触及 工件&电
焊缝 簧压力 弧消失
融化焊钉 底基和焊 钉下工件 表面区域
引出电弧
焊钉快速 推向工件
2--3ms
小 针 汽 化
弹簧
螺柱焊？
3
白车身：轮罩内板、前围板、地板、前围板、中央通道、加强 件等。
4
快速
低 成本
可靠
简便
实现螺柱与板材连接的方式有：凸焊（电阻焊）、粘接、
铆接、爆炸焊、摩擦焊、电弧螺柱焊等方式。
5
传统电弧螺柱焊根据焊接过程中所用焊接电源的不同，可 以分为：
380 拉弧式螺柱焊 220 电容储能螺柱焊
6
二、拉弧式螺柱焊
带有一圈法兰 (可以增大焊接截面积，提高螺柱的 焊接强度)与储能螺柱相似
熔池深，焊接强度足够强，故 不需要法兰边
10
短 周 期
法兰圈 长 周 期
陶瓷环
11
短 周 期
12
长 周 期
13
三、储能式螺柱焊
储能式螺柱焊机 储能式螺柱焊标准中文名称为电容放电尖端引燃螺柱焊，设备首先将预先设置 好的能量额度充入电容中，随后焊接时，能量从电容中一次性全部释放出来， 用于焊接，焊接时间为1-3毫秒。
长周期拉弧焊 100
2000
1、什么是熔池？ 2、熔池保护？
熔池 保护
保护方式分为“无需保护”、“气体保护”和“瓷 环保护”
螺柱焊结构及原理
螺柱焊（stud welding ）将螺柱一端与板件(或管件)表面接触并通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法。
螺柱焊钉螺柱焊（stud welding）是将螺柱一端与板件（或管件）表面接触，通电引弧，待接触面熔化后，给螺柱一定压力完成焊接的方法。
电弧螺柱焊用圆柱头焊钉适用高层钢骨结构建筑、工业厂房建筑、公路、铁路、桥梁、塔架、汽车、能源、交通设施建筑、机场、车站、电站、管道支架、起重机械及其它钢结构等。
简介主要由螺柱焊电源和焊枪组成. 电弧螺柱焊的基本原理是在待焊螺柱与工件间引燃电弧，当螺柱与工件被加热到合适温度时，在外力作用下，螺柱送入工件上的焊接熔池形成焊接接头。
根据焊接过程中所用焊接电源的不同，传统电弧螺柱焊可以分为普通电弧螺柱焊和电容储能电弧螺柱焊两种基本方法螺柱焊原理分析螺柱焊是将金属螺柱或其他紧固件焊接在工件上的方法。
实现螺柱焊接的方法有多种，如：拉弧式螺柱焊、储能式螺柱焊、电阻焊、凸焊等。
与之相对应的焊机也有所不同，分别为拉弧式螺柱焊机、储能式螺柱焊机、电阻焊机、凸焊机等。
[1]螺柱焊机在国内有多种非正规称法，如种焊机，植焊机，种钉机，植钉机，植焊机，螺钉焊机，螺丝焊机等等，均是指螺柱焊机。
储能式螺柱焊机储能式螺柱焊机采用大容量电容作为焊接能量的来源，通过可控硅精确控制放电时间，以瞬间低电压-强电流的方式将螺柱尖端迅速熔化，使螺柱和工作面间隙快速合并，将螺柱牢固的焊接在工作面上，整个过程持续约1-3ms。
储能式螺柱焊机的工作原理简图如下：螺柱焊原理图储能式螺柱焊机采用220V交流电，通过变压器1降压，再通过整流桥2将交流电变为直流电，经过双向整流管3和充电电阻向电容6充电。
由智能芯片精确控制可控硅5，使储能电容6瞬间释放全部电量完成整个焊接过程。
储能式螺柱焊机广泛运用于钣金工程、电子业开关柜、试验和医疗设备、食品工业、家电工业、通讯工程、工业全套炊具、办公室和银行设备、投币式督货机、玻璃幕墙结构和绝缘技术等。
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电弧螺柱焊机分两种：可控硅整流电弧螺柱焊机和逆变电弧螺柱焊机（IGBT整流）。
可控硅电弧螺柱焊机是采用可控硅作为整流核心元器件、工频变压器进行变压处理的一种电弧螺柱焊机；逆变电弧螺柱焊机主要是通过对高频变压器变压后的电源，通过IGBT等一系列高频元器件进行整流，输出直流的一种焊机。
由于元器件本身的特性，可控硅本身具备溢载能力：即当电流在特定时间内超过该元器件的设计最大值，可控硅本身是不会被损坏的，例如600A的可控硅，瞬间电流超过600A以上，一般情况下不会损毁；逆变的核心元器件IGBT，其元件本身特性是不允许溢载的，例如450A的IGBT，电流超过450A，则可能损毁。
故逆变电弧螺柱，核心元器件例如IGBT等，应该采用一些技术成熟的品牌或者推荐选择国际一流产品；
可控硅电弧螺柱焊机具备：输出稳定、抗电网干扰能力强、焊接熔透能力强，故障率低；但是有体积大、重量重等弊端；
逆变电弧螺柱焊机具备的优点：重量轻（是可控硅机器的三分之一）、体积小，节能（单位时间内节能15-30%）；但是存在：较为依赖核心元器件品质、维护较为复杂等缺点。
螺柱焊接本身是不需要焊剂、焊材或者其他辅助材料的，其本质就是瞬间熔化螺钉待焊接的这个端面（通常熔化2mm左右，根据螺钉直径调整熔化长度），然后给予一定的辅助力量插入母板，瞬间冷却成型的一个过程。
简单来说，就是金属与金属之间的二次铸造或者二次结晶的过程。
由于其熔化的是螺钉本身，在熔化部分成熔融状态时，为了让熔化部分：减少或者防止氧化、成型有规律，通常会添加一些辅助手段，人为的控制和改变焊肉的成型。
故此，从焊接方式上，电弧螺柱焊机分为：瓷环保护焊接、气体保护焊接、无保护焊接等三种焊接模式。
1、瓷环保护模式：一般在焊接M8或者M8以上的螺柱，通常采取瓷环作为保护介质，控制铁水成型。
原因：螺柱相对较大，熔化部分相对较多，“瓷环”相当于一个一次性模具，熔融部分自然流入瓷环，冷却成型。
重点：瓷环保护一般是针对较大螺柱采取的一种模式，通常为M8-25直径范围。
PS：25mm以上斯达特推荐选择埋弧螺柱焊接的方式，即采用埋弧焊剂作为保护介质，由于贵公司暂无此直径的焊接需求，故不作阐述。
2、气体保护模式：通常在焊接M5-10范围内的螺柱时，由于部分客户更在意焊肉材质的改变，同时该范围的螺柱熔化部分相对较少，即使不用瓷环保护，熔融部分也不至于四处乱溢；这种情况下选择83%的氩气保护，也是一个不错的选择。
在焊接前，保护气体进入焊接范围，直到焊接完全结束后停止，可以有效将施焊范围内的气体无用气体（比如氧气）挤压出去，防止螺柱被氧化或者掺杂其它物质。
重点强调一下：由于市场上M8以下直径的瓷环比较少，选择气体保护模式，也是因为M5、6之类直径螺钉没有对应瓷环而不得不选择的一种方式。
3、无保护焊接：既没有瓷环保护也没有气体保护，直接施焊。
通常针对M8以下的螺柱，该方式在焊接强度和品质上会有所降低，但是对于焊接要求不高的场所，也是一种普遍存在的焊接工艺。
但是，M8以上直径的螺柱，斯达特不建议采取这种方式。
瓷环保护气体保护栓钉和瓷环
成都斯达特焊接研究所
2020年3月18日。