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。

螺柱焊的特点1.非常节省时间和成本所有螺柱焊的结构不用钻孔，冲孔，车螺纹，铆接，拧螺纹和精整等步骤。

2.不断扩展结构设计的应用潜力在螺柱焊时起焊接过程是短时间，大电流和较小的熔深。

因此，可以焊接到很薄的板材上。

对于使用陶瓷环拉弧螺柱焊和短周期拉弧螺柱焊的板厚可以到1mm。

电容放电拉弧螺柱焊可以到0.6mm，而储能式螺柱可以到0.5mm。

螺柱焊的工件必须是从一侧焊接。

能在全位置焊接，借助于扩展器可以焊接到受限制的垂直隔板上。

由于是短时间焊接且焊后很少变形，故不需要修整。

因为焊接的结构不需要钻孔，故不会造成泄漏。

螺柱焊的接头可以达到很高的强度，即螺柱焊的接头强度大于螺柱本身强度。

在镀层或高合金板材焊接后，背面没有印痕。

3.良好的经济性螺柱焊相对于其他焊接方法的优点，在于焊接功率上。

对于批量生产的工件，在很短的焊接时间（3-980ms）内可打到8-40个/min（根据不同直径螺柱和不同焊接功率）。

而自动送料螺柱焊机可以达到60个/min的超高效率。

标准的螺柱是低成本的。

螺柱焊设备和焊枪具有多种类型，设备的购置费用相对较低。

根据产品，可以制成多工位自动焊机，或高精度龙门式数控自动焊机。

螺柱焊具有较高的质量再现率和较小的废品率。

注意事项螺柱焊在应用中要注意：螺柱焊也和其他熔化焊一样，对钢中的含碳量有一定限制——对于结构钢螺柱，含碳量应在0.18%以内，而母材的含碳量应在0.2%以内。

要根据螺柱焊的不同方法，按推荐的螺柱材料和母材组合可焊性施焊，否则螺柱和母材相互之间会有不熔性。

超出推荐范围以外的螺柱材料和母材组合要通过试验确定可焊性储能式螺柱焊结构设计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，螺钉焊机，螺丝焊机，电容储能螺柱焊机等等，均是指螺柱焊机。

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。

储能式螺柱焊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：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。

螺柱焊接的方法和分类螺柱焊接是把金属螺柱或类似零件，经过瞬间加压和放电，将整个端面焊于工件上的一种焊接方法。

螺柱焊接一般被分为两个大类：储能式螺柱焊、拉弧式螺柱焊。

螺柱焊技术始创于上世纪70年代的欧洲，经过几十年的发展，现已成为一项独立的焊接技术，在世界各国被广泛应用。

在我国，螺柱焊尚属于新兴技术，相关技术资料十分匮乏，国内对螺柱焊的技术研发和应用水平也处于较低阶段。

储能式螺柱焊标准的中文名称为“电容放电尖端引燃螺柱焊”，其特点是通过大容量电容（俗称超级电容）存储电荷，再通过晶闸管瞬间放电，将螺柱尖端熔化并牢固粘接在工件上。

其焊接特点是：焊接时间短（1-3 ms），焊接熔池较浅（适合薄板焊接），焊接变形小，焊接强度高（大于板材与螺柱本身强度）。

代表型焊机有：CD 1501、CD 2301、CD 3101储能式螺柱焊又分为两种焊接方式（焊枪不同）：1. 直接接触式螺柱焊：即通常所说的压力式螺柱焊，焊枪仅有压力调节功能代表型焊枪为：C 08适合焊接低碳钢、不锈钢、黄铜焊钉不适合焊接铝焊钉2. 有引燃间隙式螺柱焊：即通常所说的提升式螺柱焊，焊枪具有提升调节和压力调节功能代表型焊枪为：CA 08适合焊接低碳钢、不锈钢、铝焊钉不适合焊接黄铜焊钉拉弧式螺柱焊拉弧式螺柱焊的特点是变压器的放电时间精准（精确到1 ms）。

其焊接特点是：焊接熔池深（适合焊接热轧板，厚板），焊接强度更高（适合焊接大直径螺柱）代表型焊机有：SC 2401、ARC 500、ARC 800、ARC 1550拉弧式螺柱焊分为多种焊接方式：1. 短周期拉弧焊：焊接时间在100 ms以下的拉弧式螺柱焊称为短周期拉弧焊储能式短周期拉弧焊：这种焊接方式较为特殊，使用220V交流电，并使用大容量电容充放电进行焊接，焊接时间固定为10 ms，专为造船工业的船体保温系统而设计。

代表型焊机为：SC 2401螺柱直径一般为Φ 3 - Φ 5短周期拉弧焊：焊接强度和熔池深度大于储能式螺柱焊，低于长周期拉弧焊，短周期拉弧焊常搭配气体保护进行焊接，可得到更好的焊接效果代表型焊机有：ARC 500、ARC 800、ARC 1550螺柱直径一般为Φ 3 - Φ 122. 长周期拉弧焊：焊接时间在100 ms - 2000 ms的拉弧式螺柱焊成为长周期拉弧焊，多用于焊接直径10 mm以上的螺柱。

瓷环保护长周期拉弧螺柱焊：较大直径的螺柱一般都采用此种焊接方式。

焊接特点：熔池深，熔池成型好，焊接强度最大气保护长周期拉弧螺柱焊：长周期拉弧焊有时也采用气保护方式，一般用户螺柱直径不太大的场合，气保护拉弧焊会降低熔池深度。

代表型焊机有：ARC 500、ARC 800、ARC 1550辅助材料的种类和作用在拉弧螺柱焊时有时需要用辅助材料以能达到优质焊接。

这些辅助材料是陶瓷环和供给保护气体。

它们用作辅助引燃和在螺柱引燃尖端脱氧，螺柱焊不使用辅助材料叫做电弧无保护自然燃烧。

由于大气的渗透增加了焊接时飞溅物的生成，很强的氧化和出现焊接气孔。

焊缝加强高会不均匀和不美观，焊接强度也会下降。

在螺柱焊大量生产时，对于6 mm直径的螺柱人们以降低焊接时间(10-30 ms)和增加焊接电流强度的方法来达到较强的焊接强度和较好的焊缝外形以及减少对气孔生成的反应时间。

使用螺柱尖端带有浸入法兰，增加焊接平面能达到增加强度。

但是对大直径螺柱要附有条件地使用下列辅助材料。

1. 陶瓷环对于直径超过10 mm螺柱最普遍的是采用陶瓷环作保护。

它的本质作用有：(1) 它能聚焦电弧在工件表面上，稳定电弧减少热量损失和降低冷却率以及避免电弧偏吹。

(2) 因为它容许高温，在陶瓷环燃烧室形成的金属蒸气可以从切口排气逸出。

这样就阻止了大气在工件表面停留和减少大气与熔池金属的作用。

(3) 螺柱浸入工件陶瓷环横向位移压力能使熔池金属形成的焊缝加强高定型成为一个环状形。

在横向位置上施焊直径8 mm螺柱时，仅能使用陶瓷环焊接。

陶瓷环是由便宜的物质组成，主要成分是镁—铝酸盐和部分氧化铝。

重要的是要具有对温度变化的稳定性。

但是，陶瓷环只能用于一次焊接，而且一旦熔化金属固化后，通常是破裂除去。

陶瓷环应储存在干燥的地方，假若陶瓷环变潮应当对受潮陶瓷环加热干燥处理。

陶瓷环与螺柱装配必须同心。

倾斜和不均匀接触陶瓷环的环口不能使用，否则影响螺柱在焊枪内向下运动，影响焊接质量。

根据ISO 13918标准，不同类型的螺柱配用相应的陶瓷环。

2. 保护气体保护气体能代替陶瓷环对焊接熔池起保护作用，因为在电弧区的大气被置换，这样大大地减小焊接后气孔的生成。

大约螺柱直径至12 mm和在自动送料螺柱焊时，使用保护气体生产是可靠的。

螺柱焊使用保护气体在焊接后要注意焊缝加强高不均匀，对于16 mm直径的螺柱使用保护气体的经验是成功的。

但是，要注意保护气体电弧磁场偏移(电弧偏吹)的问题，同时也要注意保护气体对螺柱和工件熔化起的作用，熔化金属表面张力影响焊接加强高的形成和熔透深度。

在平面位置螺柱焊时，优先选用保护气体是基本原则。

附加陶瓷环可以改善焊缝加强高和限定电弧接近工件表面。

螺柱焊在使用保护气体时，电弧电压下降约3V；而焊接时要得到相同的电弧功率，电流必须提高10%。

对于使用具有下降曲线的电流，低的电弧电压强制达到稳定的焊接电流。

根据焊接螺柱的直径，一般保护气体的流量为4-8L/min.通常焊接不锈钢螺柱用混合气体82%Ar和18% CO2；而对于铝及铝合金需用75%Ar 和25%He。

3. 螺柱间引燃附加物通常对于使用陶瓷环拉弧螺柱焊的螺柱，焊接时间超过150ms不是带涂(喷)铝就是用附加铝球。

因为铝具有低电离特性，容易引燃。

由于附加物和氧的高亲和力阻止了氧和碳的反应并使熔池镇静。

此外，化合氮增加了焊缝的细度和减少气孔的生成。

在气体保护拉弧螺柱焊时，使用带铝附加物螺柱会使焊缝加强高不均匀和覆盖氧化皮。