螺柱焊结构及原理

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螺柱焊（studwelding）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（studwelding）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（1-3ms），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：CD1501、CD2301、CD3101　　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：C08　　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：CA08　　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1ms）。　　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：SC2401、ARC500、ARC800、ARC1550　　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100ms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10ms，专为造船工业的船体保温系统而设计。　　代表型焊机为：SC2401　　螺柱直径一般为Φ3-Φ5　　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：ARC500、ARC800、ARC1550　　螺柱直径一般为Φ3-Φ12　　2.长周期拉弧焊：焊接时间在100ms-2000ms的拉弧式螺柱焊成为长周期拉弧焊，多用于焊接直径10mm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：ARC500、ARC800、ARC1550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6mm直径的螺柱人们以降低焊接时间(10-30ms)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10mm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8mm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ISO13918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12mm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。螺柱焊的焊接电流　　作为螺柱焊热源的电弧，对于使用的电流强度和电压应符合操作条件。　　拉弧螺柱焊时焊接回路由焊接电源供电必须满足短时间和高电流强度的要求。电源在工件和焊枪或焊头之间用柔性电缆供电，电缆的截面要足够大。在拉弧螺柱焊时，焊接螺柱直径φ3-φ25mm，焊接电流500-3000A。对于焊接至12mm直径螺柱，电缆截面是50mm2长度20m；20mm直径螺柱需电缆截面至少70mm2。至于95mm2截面电缆推荐焊接更大直径螺柱或较长的电缆。由于在接触部位上高的电流密度要发热，所以，接触力要大，微小的接触力会使电缆橡胶过早硬化。地线夹仅能固定在露出金属光泽的平面，同时要夹紧。地线夹用铜或镀黄铜表面，这样能够改善散热。　　在电容放电拉弧螺柱焊和储能式螺柱焊时，由于焊接螺柱直径较小(2-8mm)，焊接电流5000-10000A，所以焊接电缆截面一般为25-70mm2，焊接电缆尽量短。　　在储能式螺柱焊时，电容放电过程要保证迅速使电流均匀增加。此时焊接回路中不仅有电阻，还有电感。重要的是操作者不能将电缆敷设成线圈。只有在较长的放电操作时，焊接后焊接接头没有裂缝时，才能适当放长电缆并绕成螺旋形。　　因此，对于电容器很高的电流强度和短的放电时间馈电给工件和螺柱的接触问题要予以特别的重视。　　所有焊接电源供电电网的功率要足够大并确保安全供电。对于焊接整流器短时高的吸收功率会使电网电压下降。而储能式螺柱焊，在焊接程序进行时，电容器充电过程需要相对小的电网功率。拉弧螺柱焊的电弧1.引弧　　引弧是螺柱与工件接触时产生。焊接电源在储备电压足够情况下，接通微小电流(10-30 A)。作为引燃附加物，在螺柱尖端有附加铝的结块球状物或在螺柱前端平面有铝引燃层。因为铝比钢有较小的逸出功(Al：3.95eV；Al2O3：3.17eV；Fe：4.79eV)。这样电弧引燃较容易，同时用作熔池脱氧。　　对于短周期拉弧螺柱焊，螺柱向下运动的时候接通主电弧是必要的。一般的情况下，先导电弧没有焊接过程。在特殊情况时，点爆能对工件表面层造成适当干扰。而先导电弧具有较高电流时可能影响工件表面。对于自动送料焊接小直径螺柱时，先导电弧有一个电压差调整过程。例如为了匹配主电弧使用的电流强度或焊接时间以及送料时间等进行协调，根据所焊接的螺柱直径有所不同。2.焊接电弧　　拉弧螺柱焊时常用陶瓷环屏蔽。因此，不能观察到焊接电弧。有人将陶瓷环打开90°用6000幅/s高速摄影机跟踪观察焊接过程。直径22mm平坦螺柱尖端显示起弧在螺柱中部，并且迅速向边缘运动和在该处熔化。螺柱和母材迅速铺开的熔池，呈现强烈的带有噪声沸腾的金属蒸气。在熄弧时人们观察到基于螺柱和工件位置的熔池扩大及小的熔珠滴落溶解在熔池。这种噪声和沸腾改变了电弧螺柱焊的操作过程是没有对比工艺的。形成的焊缝带有舒展的表面张力和镇静的熔池。　　当选择焊接参数不当时(例如微小的提升高度、较长的焊接时间)能形成短路熔滴冲击过渡。对于标准焊接电源约等于提供1.5倍焊接电流值，而且爆炸性的短路过程会熔断。结果是形成强烈的飞溅和不良的焊接。　　利用电压示波波形图观察往上、往下电弧电压的时候，螺柱焊焊接操作按标准提升高度值时，电弧电压接近保持恒定值，大约30V　　对于螺柱焊时用富氩混合气时，大约保持在27V。使用附加保护气体是用于焊接较大直径的螺柱(19-20mm)，使用的电流比推荐的标准电流值约大3%焊接没有增强气孔生成。储能式螺柱焊的电弧1.引弧　　对于压力式螺柱焊是螺柱尖端与工件接触。在接通电容器组和电容器开始放电时，引燃尖端经过电阻加热变为热冲击熔化和传导电弧进入燃烧阶段。电阻加热预热持续时间取决于电容器的容量、电流回路的电阻和电感以及螺柱引燃尖端的长度。一般在0.2-0.4ms时应当达到最大电流结束。　　引燃尖端的规格决定引燃过程，而且直接影响焊接能量。电弧燃烧时间和引燃尖端的长度成正比例。　　引燃尖端的长度允差为±0.05mm，直径允差为±0.08 mm。根据这个允差能够保证生产过程的稳定。　　对于要焊接的螺柱，在生产时应尽可能的爱护，它们的引燃尖端不能变形。这一点对于铝螺柱，特别有重要性。2.焊接电弧　　很短的电弧(电弧簇引燃尖端长度)控制螺柱整个前端平面并熔化。在此之际，熔化的焊缝取决于电弧功率和电弧燃烧时间。而焊接功率是由电容器放电过程期间的焊接电流和电弧电压确定。经过超前引燃，不仅电弧燃烧时间延长，而且电弧电压和焊接功率也增加。　　螺柱前端面和工件表面的状态影响电弧电压。随着螺柱平面和工件熔化连接，电弧熄灭和焊接回路短路。　　螺柱引燃尖端燃烧重合法兰熔化为止是焊接时间。对于提升式螺柱焊取决于螺柱的冲击速度，同样还有经过施加压力运动装置的加速度；已经转换的速度影响因数和运动过程间隙电压的波形对焊接质量起重要作用。　　因为焊接时，螺柱冲击在工件上有自由惯性，对于结实的工件通常焊枪弹簧会跳回至螺柱夹持器的原位。但是，对于薄钣在工件焊接位置上可能会有一个振荡过程，由于这个原因会对无缺陷的凝固过程受到影响。　　此外，对于“直接接触焊接”随着焊接位置不同，焊接时间也会有变化。电弧偏吹（磁偏吹）和补救方法　　电弧的弧柱是由高温电离气体组成的柔性导体，在磁场中表现像一个没有强度的导线(电磁性的偏吹)和经过气流(电热造成的热偏吹)，它的位置是不稳定的。当在拉弧螺柱焊时，由于在螺柱前端平面电弧相对尺寸比较小，在此情况下很难固定。因此，导致电弧在固有磁场中很容易出现偏移。　　在螺柱焊时，弧柱的轴线偏离螺柱轴线，这种现象称为电弧偏吹。　　在螺柱焊时，计人固有磁场的影响磁场有：金属钣材的带电磁场；铁磁物质的分布量和焊钳电缆的磁场。　　电弧偏吹常造成电弧不能稳定燃烧，使焊缝成形变坏，严重时甚至使焊接无法进行。　　图示出各式各样电弧偏吹反应概貌和补救方法。 　　当出现电弧偏吹时，螺柱会单侧强烈熔化；焊缝加强高部分变为只按照一侧浸入母材或者焊缝不能完全的闭合。总之，人们从焊缝加强高的外观就可以辨认出电弧偏吹。而且在电弧偏吹的熔化焊缝上带有多气孔的倾向。　　例如从14mm直径的螺柱开始已经是一个强烈电弧偏吹焊接过程的时候，有不平稳的噪音和可见的飞溅物。在此情况下，螺柱浸入母材时有些飞溅物聚集在螺柱上和陶瓷环内。　　在螺柱焊时，由于焊接电缆接到工件上的位置偏于一侧，在单侧带电金属钣上具有高的电流强度，在电缆夹钳侧变为较高的磁场。因此，在电缆夹钳的对面电弧偏吹(图中1)。　　为了避免这个不希望的结果要控制金属钣材上流向焊接处的电流尽可能地对称，因此，用两个电缆夹钳装在合适的焊接处(图中2)。电缆夹钳夹在妥善处.理露出金属光泽的钣材上。在螺柱焊接时邻近的两个电缆夹钳地方，由于非对称供电单侧电流更强烈，人们从生产证实会有电弧偏吹。　　一般情况下电弧偏吹邻近铁磁的螺柱，而工件的影响是微小的。在相同条件时，螺柱焊接具有奥氏体工件时强烈的电弧偏吹在铁素体附近。在奥氏体螺柱附近分布部分磁力线在空气中，并且在此情况下对电弧的有效作用产生影响。铁素体工件聚集磁力线和稳定电弧的固有磁场。另外一方面不均匀质量分布产生强烈的电弧偏吹。　　陶瓷环能降低电弧偏吹，因为隔墙绝缘物陶瓷环限制电弧的偏差。因此，在一段情况下实际超过16mm直径的螺柱焊接时仍然使用陶瓷环。　　在工件上的一侧聚集铁磁材料时，由于铁磁材料的导磁性能比空气要好，从而电弧的固有磁场流向磁阻量较小方向(图中3)。而且螺柱单侧强烈熔化焊缝加强高边缘趋向微小，在冷却时附加不规则的收缩角度，致使螺柱焊接后的位置倾斜。　　在实际生产中抵消不均分布铁磁物质是困难的。　　为了避免单侧磁场，人们把在螺柱焊接时周围不平衡质量作为比喻。工件良好的磁性接触是基本条件。任何一个气隙，当磁力线经过时是高的磁阻，磁力线可能流出降低了磁力线作用。因此，工件干净和光滑的下料或者电缆夹钳接地和工件边缘相匹配是平衡作用的先决条件。　　在螺柱焊接的时候，工件焊接部位上有钢钣组成的完全相同的工艺装备或型钣的情况下，由于在焊接时这样的工艺装备会产生永久磁场，所以，在焊接时经常增加电弧偏吹的次数。为了减少这种现象发生，使用塑料制品(例如硬织物)、铝、奥氏体钢或铜钣。　　由X5SCrNi18-10(1.4301)制成的M6螺柱在1mm厚S235钢钣上短时间螺柱焊时，熟知的实践经验是变换它们的极性(并减小一级)使工件反向磁化以减少电弧偏吹的倾向。　　焊接电缆也能使电弧磁力线转移方向，接到焊枪电缆在螺柱夹持器侧面范围已经有微小电弧偏吹的结是(图中5)。　　在邻近焊接部位通过焊枪或电缆也会附加电弧偏吹应予以考虑。　　为了避免电弧偏吹，人们常常通过试验，采用质量分布对比其效果，如图中4和图中6。不仅只有全部组件完全再平衡，而且是定性的质量平衡才有可能。但是这种情况是罕见的。　　在储能式螺柱焊时，人们能从凸缘单侧焊接飞溅分别识别电弧偏吹。此时虽然焊接时间短，但是，主要有高的电流强度。此时在焊接处有较高的电弧引爆，较高的电流密度再次集中在螺柱带凸缘平面，而短的电弧减少侧向偏移的危险。此外也表明短的焊接时间(大约1ms)比长的焊接时间(1.5-2.5ms)能有较少的电弧偏吹。　　原则上，在螺柱焊接时焊接电源的正极接工件焊接时排斥电弧，而焊接电源的负极接焊枪吸引电弧。而电弧偏吹与电流密度成正比，并能受焊接时附加对称质量夹钳和附加补偿质量(在手动焊枪有外接电缆情况下)或围绕垂直轴旋转焊枪的影响。焊透形状及其重要性　　螺柱焊时电弧熔化螺柱和工件，并且根据螺柱的直径、工件和操作条件形成不同的熔化区。对于一个几乎没有异议的焊接必须是在形成焊接熔化区后，紧接着的是没有缺陷的凝固过程。随着焊接过程的结束焊缝成形。　　拉弧螺柱焊直径超过12mm的时候，熔池尺寸足够，并能达到高的焊接质量。在此时首先是螺柱与工件连接处形成凸出面。然后浸入工件，在螺柱中心熔化区密封凝固，呈现窄的边缘宽度和无缺陷的焊缝加强高边缘外观。　　在过小的电弧长度情况下(较小的提升高度)，对于16 mm直径螺柱在强烈焊接螺柱的中部存在着一定的危险。在这个螺柱中心保持电弧长度和在此区域强烈熔化的情况下，位于螺柱中部液态熔池的凝固和由于封闭的容积收缩轴向运动，不能很好地抵消。结果就会出现气泡和平面气孔。　　在使用保护气体(82%Ar+18%CO2)的时候，因为电弧倾斜，将螺柱边缘强烈熔化，会有很强的焊缝加强高形成。　　对于较大的螺柱(直径为14-22mm)会造成有微小的不均匀焊透深度缺陷。此时在熔化连接区留下细长的熔池。在这里熔池一些位置上的轴向收缩力是封闭的，导致生成裂缝和平面气孔。　　人们努力阻止这种情况发生，对于较大直径的螺柱控制熔池在2-4mm。经过限制螺柱浸入母材运动(限制浸入尺寸)。　　一个螺柱的焊后成形受螺柱尖端形状的影响，在拉弧螺柱焊超过100ms和电弧长度(提升高度)较高时，使螺柱的尖端至工件变为平坦。这样当螺柱带扁平的尖端平面，并附加铝的结块球状物时，在较大的拉弧长度情况下，与螺柱带圆锥形引燃尖端，而在较小拉弧长度情况下，有相同的结果。　　人们减少焊接时间，使螺柱和工件之间达到微小的焊接，这样的焊接接头快速凝固。此外，无缺陷发生。在形成熔化区的时候，螺柱和工件的熔深是协调一致的。　　螺柱尖端必须与它的圆锥角相匹配。用陶瓷环拉弧螺柱焊的螺柱，通常的角度是130°-140°。　　对于短周期螺柱焊，螺柱尖端主要是实施从164°至168°较平坦基面(参看ISO13918)。　　当焊接时间大于50ms和钣厚大于2mm时，螺柱的圆锥角大约为150°。　　在用陶瓷环拉弧螺柱焊时能有较大的熔池，由于和空气的作用有生成气孔在其上沉积的缺陷。实际上，螺柱浸入工件形成的焊缝加强高不能完全封闭。常见的是在螺柱和工件之间来完全熔合存在无焊缝加强高的情况。对于这样的焊缝是不适宜用于力传递的。　　特别是，螺柱在焊接时由于电弧偏吹在工件上单侧熔化很强烈。　　在短周期拉弧螺柱焊时电弧偏吹导致未熔合，经过采取措施是可以避免的。同样，螺柱和工件焊缝的加强高外观也是安全的标志。　　在储能式螺柱焊时，电弧偏吹不强烈，它的细长熔池在较大的缺陷面，从焊缝处出现单侧喷溅。　　由于电容放尖端引燃螺柱焊具有极短的焊接时间(1-3ms)，希望螺柱尖端和工件完全符合焊接。为了仅在标准熔化区情况下(落O.1mm厚度)可达到足够的焊接强度，根据这个要求螺柱的锥角角度标准定为172°-176°。铝钉焊接时的特征　　铝具有良好的导电性、导热性、抗腐蚀能力，有利于变形特性以及有较大的强度，因此在工业方面得到了广泛的应用。　　但是，铝钉焊接时的特征与铁有很多不同之处。焊接铝与焊接铁基材料有所不同，与两者物理特性有关下表列出影响纯铝与铁焊接性能的物理特性值。  物理性能 单位 铁 铝 金属密度 g/cm3 7.85 2.7 氧化物密度 g/cm3 3.70 3.4 金属熔点 ℃ 1539 660 氧化物熔点 ℃ 1460-1580 2050 固态时的溶氢能力 cm3/100g 8 0.05 导热率 W/（cm·K） 0.58 2.2 导电性 Ω·m/mm2 10 35　　根据这些物理性能方面的区别，铝焊接时的特征是：　　(1)和氧的高亲和力：在短时间内能够在光泽铝钣平面生成高熔点的氧化层(A12O3)，其熔点温度大约2050℃。而它的密度较大，约3.70g/cm3，造成夹渣和增加未熔合的危险。　　(2)熔点：铝比铁的熔点低很多。铝加热时，当铝还不太红时就已经熔化了。而铁基材料有十分明显的“粘稠”状态，对纯铝来说，则局限在一个很窄的温度段内。当铝的焊接处看起来是固态时，转瞬间都已变成稀熔液状态了。因此在焊接铝时要精确控制热量的输入。　　(3)热导率：铝的热导性比铁的热导性大3倍，焊接时要集中线能量。　　(4)溶氢能力：铝在固态时完全不能溶解氢。所有在焊接过程中溶入液态铝熔池中的气体，在熔池凝固之前必须由焊缝中排出。否则，气体将以气孔形式残留在焊缝中。　　氢气的来源主要是母材表面的氧化层。这种氧化层具有吸湿性，它可吸引湿气并溶入熔池。采取的对策是在焊接之前彻底清除待焊工件表面的氧化层。 铝螺柱焊时要注意的问题　　在螺柱焊生产中，遇到最多的是工业纯铝和防锈铝只要正确选择焊接方法、制订合理的焊接工艺。以及仔细清理和装配工件就可获得满意的焊接质量。需要注意的有：　　(1)在铝螺柱焊时造成的气孔，最普遍的是因为螺柱和母材清理不干净，或者是清理后放置时间过长。因此，在焊接铝及其合金时，工件必须仔细清洗。　　已经清洗的工件。最好在24小时之内进行焊接。如果放置时间过长。就会重新生成较厚的氧化膜并吸收水分或玷污工件，仍不能保证焊接质量。　　(2)焊接熔池必须非常认真地与大气屏蔽，只能在极短的焊接时间(<1.5ms)情况下作业，通常电弧生成的金属蒸汽能阻止与大气的作用。在较长的焊接时间中，需要借助保护气体(主要是纯氩，纯度99.99%)实现完善的屏蔽。由于螺柱焊的情况是错综复杂的，螺柱夹持器在焊枪的保护气体气室上方，而且是完全无干扰的气流。但是在焊接作业时，焊枪不断的往上和往下反复动作以及装螺柱作业后，通电流之前保护气体还没有提前供气，这样就会使空气渗入焊枪的保护气体的气室。　　(3) 在铝螺柱用氩气作保护时，利用氩弧焊时可以自动地清除氧化膜的现象(因为氩弧焊时正离子撞击阴极表面所放出的能量，比电子撞击阴极表面所放出能量要大)，而螺柱焊是采用直流电源，把工件接负极(即直流反接)。那么，由于正离子冲击工件表面的结果，就可以把氧化膜清除。这种现象一般称为“阴极破碎”或“阴极净化”。所以在铝螺柱焊时采用反接极性。　　(4)铝螺柱焊时稀薄的熔池具有微小的焊釉粘度。铝螺柱浸入工件时挤向熔池外表面，这样很容易向工件单侧倾斜，所以在操作时要予以注意。　　(5)铝螺柱焊接时并不是很容易得到无气孔和少气孔的优秀焊接效果。虽然使用陶瓷环能够保持熔池反应尺寸，但是，要是使用了受潮的陶瓷环，当电弧与受潮的陶瓷环一起作用时，附加的氢气会全部溶解在焊锭中。　　因此，对于用陶瓷环拉弧铝螺柱焊时，陶瓷环一定要干燥，否则陶瓷环应加热干燥处理(升温至900℃保温1小时以上)后再使用。储能式铝螺柱焊　　多年以来，对于到M8为止的铝螺柱保持用储能式螺柱焊方法。大约1ms的焊接时间能阻止熔池与大气的作用。较高的电流密度破坏了铝材的氧化皮并形成金属蒸汽保护了熔池。然而对于M10及以上规格较大的铝螺柱时，使用储能式铝螺柱是不稳定的。　　借助带法兰螺柱增大焊接面积。由于气孔和未熔合造成的在拉力和弯曲试验时的断裂，通常在螺柱，而不是在焊接区。就焊接工业纯铝螺柱来说，焊接区只能加载低微的强度。而焊接防锈铝螺柱，在大多数情况下效果较好，螺柱断裂前可承受较大的可塑变形。　　纯铝螺柱相对来说质地较软。因此当焊接时尖端引燃冲击在工件上时可能会发生焊接变形，从而对进行的焊接过程造成干扰。　　为了有利于储能式铝螺柱焊，前提条件是：　　工件表面干净且不粗糙；　　螺柱前端表面干净；　　螺柱和夹持器、工件和地线夹接触没有问题且必须防止电弧偏吹。拉弧式铝螺柱焊　　拉弧式铝螺柱焊通常采用气体保护，焊接直径至12mm。螺柱材料是：工业纯铝和防锈铝。　　在焊接时气孔和未熔合会一起出现，部分的螺柱带阶梯形凸缘以扩大横截面。其直径与焊接钣厚度比控制在2：1之内。　　与焊钢螺柱相比，对于拉弧铝螺柱焊时，特别要注意的一些问题概述如下：　　(1)焊接能量：为了满足焊接质量要求需要比焊接钢螺柱时增加更多的能量。 　　(2)保护气体：由于铝是反应活泼性金属，所以必须绝对地在氩气或氦气(或两种气体混合)保护气体下焊接。　　焊接前很好地清洗工件，并且焊接时必须保证保护气体的气流均匀无紊流。　　作为保护气体常用纯氩，部分改善焊接结果是用75%氩气和25%氦气混合。但是，太高的氦成分反而会使焊接时造成电弧不稳。　　(3)极性和电流种类：铝螺柱经过焊接生产实践，为了改善焊接质量螺柱接正极。这样能使电弧对铝钣定向极化，而且操作者能观察到在钣材焊缝加强高部分是白色净化区。　　但是在汽车工业中，铝螺柱焊仍用直流接正极施焊。　　(4)电弧偏吹：磁性偏差在电弧邻近非铁磁材料时要比邻近钢材要大，这是由于铝与钢相比具有较高的磁阻造成。因此，焊接时会有很强的磁力线在工件外面使电弧不能稳定。使用陶瓷环并附加保护气体屏蔽能减少电弧偏吹。　　当陶瓷环定心部位不干净的时候，，在钣材上会有热偏吹，析出的气体和电弧发生单向燃烧。出现这种情况会使焊缝加强高不均匀。　　(5)陶瓷环：陶瓷环的支承座在潮湿情况下能吸收水分，所以操作者不能忽视陶瓷环包括支承座能与水蒸气掺合的问题。　　潮湿的陶瓷环通常经过电弧分解会产生氢气，溶解在熔池中。当焊缝冷却时，会产生气孔。因此，装在焊枪的支撑上的陶瓷环应当永远保持干燥。　　(6)材料表面：减少钣材表面弄脏能.得到高质量焊接接头，机油和沉积的油脂通常在电弧燃烧时分解出自由氢，在焊缝中形成气孔。不清洁的钣材表面经常在焊接后，在可辨认的螺柱周围形成薰黑的色晕圈。　　(7)铝材和厚度：通过试验纯铝与防锈铝相比容易出现更多的宏观气孔，而且铝的纯度越高产生气孔越容易。这是因为铝合金与纯铝有不同的凝固温度范围。　　由于高的导热性，铝螺柱的尺寸与钣材必须有一定比例。当铝螺柱焊接后，要求在钣材背面必须无损伤时，钣材的厚度大约为螺柱直径的75%。　　尽管人们用短周期气体保护拉弧螺柱焊时，认真地净化不带法兰铝螺柱和钣材。但是，在焊接后仍然没有高的抗拉强度，断裂时在钣材焊接区的外侧。在断裂平面中间有两样的焊接熔池，这证明是由于有氧化层存在的缘故。 CD1501储能式螺柱焊机 焊接范围：M3-M6 焊接材料：低碳钢，不锈钢，铝，黄铜 焊接时间：1-3ms 外形尺寸：420×180×250mm(不含手柄高度)   CA08提升式螺柱焊枪 弹簧压力：可调，压力调整范围为0-12 提升范围：可调，最大提升高度为4.5mm 焊接时间：1ms 适配焊机：CD1501，CD2301，CD3101；ARC500，ARC800　　德国HBS储能式螺柱焊机的技术优势存在于诸多方面，单从操作界面上看，与其他品牌螺柱焊机相比，德国HBS具有以下六大技术优势，以CD1501储能式螺柱焊机为例进行说明：一、开机系统自检　　进入开机状态，设备会需要几秒钟时间为自身做一次小检查，一旦发现问题，设备则会停止工作并报错，方便检修。二、开机缓慢充电　　当电压参数设定在100V以上时，开机后先充电至100V，随后以20V的增幅缓慢充电，直至到达指定值，延长设备的使用寿命。三、菜单式焊接参数　　设备内部存储有一个焊接参数表，一般情况下只要指定一个螺柱直径即可获得一个比较适合的电压参数，如果觉得焊接效果不满意，只需微调参数即可达到满意的焊接效果。　　以CD1501为例，需要焊接M4的不锈钢焊钉，则只需双键按下，当界面显示“o 3”时，按一下方向↑键，此时界面将显示“o 4”，数秒后您将得到一个适合焊接M4不锈钢焊钉的焊接参数。四、充电电压精准　　充电电压精准可以从两个方面来体现：　　1.电压参数显示的值与实际测量值大致相当(根据当时使用电源的电压值不同，实际值会略有不同，视频拍摄时实测市电电压值为224V)　　2.无论如何调节电压值(从高电压调至低电压，或从低电压调至高电压)，同一电压参数所对应的电压值始终不变。五、电压保持恒定　　充电电压精准是保证焊接一致性必要条件之一，一旦调整到一个指定参数，设备会将相应的充电电压值锁定，上下浮动误差控制在1V以内，即使长时间未进行焊接操作，电压值同样锁定不变。六、关机自动记忆参数 　　电压参数一旦设定，设备将自动存储，关机后再次开机，电压参数值保持不变。即使遇到突然停电的情况，重新开机后依然保持上次断电时所设定的电压参数。磁偏吹、电弧偏吹　　磁偏吹又称为电弧偏吹，在螺柱焊时，弧柱的轴线偏离螺柱的轴线，这种现象成为磁偏吹，是拉弧式螺柱焊机在进行拉弧焊接时可能发生的一种现象，这种现象常造成电弧不能稳定燃烧，使焊缝成型变坏，严重时甚至使焊接无法进行，但多数情况下可以通过调整接地线的位置进行克服。　　当出现电弧偏吹时，螺柱会单侧强烈熔化，焊缝加强高部分会变为只按照一侧浸入母材或者焊缝不能完全闭合，并且电弧偏吹的熔化焊缝上带有多气孔的倾向。总之，电弧偏吹现象很容易辨别。焊接飞溅、飞溅物　　焊接飞溅即在焊接时产生的飞溅物，其成分是红热的金属及其氧化物。理论上讲，任何形式的螺柱焊接都会产生焊接飞溅，只是量有不同。　　对于储能式螺柱焊，低碳钢焊钉和不锈钢焊钉的焊接飞溅较少，无需做专门处理，而铝焊钉和黄铜焊钉的飞溅物较多，需要做一定的清理，焊接飞溅由于是红热金属，具有一定的粘性和热量，容易对螺柱夹头和套筒寿命产生一定的影响，需要定期将套筒内的飞溅清理干净。另外需要确定周围是否有可燃物质并且人体做好适当的防护工作，防止飞溅引起火灾或引起操作人员烫伤。　　对于拉弧式螺柱焊，飞溅物则相对储能式螺柱焊要多一些，因为焊接时间较长。带有瓷环保护的长周期拉弧焊产生的飞溅物被瓷环包裹，形成了一圈均匀的焊缝，向外喷出的飞溅物较少。焊接印痕、背面变形、背面印痕 　　焊接印痕是指螺柱焊接时由焊接产生热量导致母板背面变形而产生的背面印痕。实质上是热变形，金属板在经历热胀冷缩后留下的痕迹。　　在厚度为2mm以下的金属板上种钉，即使采用变形较小的储能式螺柱焊，也不可避免的会产生背面印痕。如果是光洁度很高的镜面板或拉丝面板，背面变形会被反映得非常明显。一般来说如果需要完全消除焊接印痕，则需要在3mm左右的母板上进行焊接，并且螺柱的直径不能太大。　　当金属板的厚度在0.6－0.8mm之间时，在螺柱的中间位置，由于熔化的收缩将会形成一个吸入的凹坑。超过这个板厚将会产生一个向外的突出，其大小主要取决于焊枪的弹簧力和板的厚度，但在大多数情况下，这样的突出并不明显，甚至可以说是看不见的，除非是镜面板或者拉丝面板这种光泽度很高的金属板。