深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院  劉孫東

       螺柱焊接機(jī)是一種將螺柱通過(guò)焊槍，直接焊接在母材上的一種焊接設(shè)備。使用螺柱焊機(jī)焊接螺柱，在柱焊接過(guò)程中，不需要填充料，焊接直徑較小的焊釘時(shí)，也不需要任何保護(hù)，是一種焊接工藝簡(jiǎn)單，焊接牢固度好，焊接成本低，焊接效率高的焊接方式。這種焊接方式最早流行于歐美，近些年才開(kāi)始在我國(guó)推廣，而且使用還不夠廣泛。但隨著我國(guó)螺柱焊機(jī)制造水平的不斷提高，以及螺柱焊機(jī)使用效果逐漸被更多的人所認(rèn)識(shí)，螺柱焊機(jī)必將在我國(guó)得到廣泛使用。為了普及螺柱焊機(jī)知識(shí)，讓更多的人了解各種螺柱焊機(jī)的性能就很有必要。

      一、拉弧式和儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的基本特性

      1、拉弧式螺柱焊機(jī)的基本特性：

      拉弧式螺柱焊機(jī)按照機(jī)器的工作頻率不同，可分為工頻拉弧式螺柱焊機(jī)和IGBT高頻逆變拉弧式。工頻拉弧式螺柱焊機(jī)的工作原理是：輸入三相380V電流，經(jīng)大功率工頻變壓器降壓，轉(zhuǎn)換成   60-90V、50赫茲的交流電；然后經(jīng)可控硅和二極管進(jìn)行整流，形成50-90V的脈動(dòng)直流電，成為拉弧式螺柱焊機(jī)的焊接電源。輸出電流的大小，可通過(guò)調(diào)整可控硅導(dǎo)通角來(lái)完成。高頻拉弧式螺柱焊機(jī)的工作原理是：輸入三相380V交流電，經(jīng)整流器整流、濾波后形成540V的直流電，然后經(jīng)過(guò)IGBT逆變器，生成方波。方波經(jīng)過(guò)整流，送到高頻降壓變壓器，經(jīng)過(guò)快速二極管整流，變成50-90V脈動(dòng)的直流電，成為拉弧式螺柱焊機(jī)的焊接電源，輸出電流的大小，可通過(guò)軟件程序調(diào)制脈寬來(lái)控制。

      拉弧式螺柱焊機(jī)是一種在螺柱焊接時(shí)，首先由機(jī)器產(chǎn)生的一股小電流引弧，在這股小電流將焊接母材表面的各種附著物燃燒清除后，再由機(jī)器產(chǎn)生一股大電流，將螺柱焊接在母材上的一種焊接方式。拉弧式螺柱機(jī)的短周期焊接過(guò)程示意圖如下（圖一）：

      拉弧式螺柱焊機(jī)按其焊接過(guò)程所需要的時(shí)間長(zhǎng)短，可分為短周期拉弧和長(zhǎng)周期拉弧兩種。短周期拉弧即焊接的時(shí)間較短，一般在200毫秒以內(nèi)，適用于薄板（5mm以下）和直徑較?。?0mm以下）的焊釘之間的焊接；長(zhǎng)周期拉弧的焊接周期較長(zhǎng)，最長(zhǎng)可達(dá)2000毫秒，適用于板厚（2mm以上）和直徑較大（10mm以上）的焊釘之間的焊接。短周期螺拉弧的柱焊接主要適用于汽車、輪船和五金制造等行業(yè)；長(zhǎng)周期拉弧的螺柱焊接主要適用于建筑、橋梁和鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)。

                               短周期拉弧式螺柱焊機(jī)焊接示意圖（圖一）

     2、電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的基本特性：

     電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的工作原理是：輸入單項(xiàng)220V的電流，先由電容進(jìn)行儲(chǔ)能，然后由控制系統(tǒng)控制電容放電，放電的電壓的高低，可根據(jù)焊接需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，在電容放電的瞬間，將裝在焊槍上的螺柱焊接在母材上。

電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)是一種在螺柱焊接時(shí)，由螺柱前端專門(mén)設(shè)計(jì)的引弧點(diǎn)引弧燃燒，同時(shí)將螺柱焊接在母材上的一種焊接方式。電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的焊接過(guò)程示意圖如下（圖二）：

                                    電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)焊接示意圖

      電容儲(chǔ)能螺柱焊接，一般焊釘前端的引弧點(diǎn)大小為直徑0.8mm，長(zhǎng)度0.8mm；電容的放電時(shí)間在4毫秒mm。由于受引弧點(diǎn)大小和放電時(shí)間的影響，電容儲(chǔ)能焊接一般適用于薄板和小釘之間的焊接。具體說(shuō)，焊接板厚在5mm以內(nèi)，焊釘直徑在10mm以內(nèi)，再大的焊釘和再厚的板材焊接起來(lái)就很困難，就是再大的電容的容量和電壓也難以湊效。

二、拉弧式螺柱焊機(jī)和電容儲(chǔ)能式螺柱焊接在焊接工藝上的區(qū)別

拉弧式螺柱焊機(jī)和電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)由于其工作原理不同，因此，在焊接工藝上有著本質(zhì)的區(qū)別。

      第一， 二者使用的焊釘樣式不同。

      拉弧式螺柱焊機(jī)使用的焊釘為較為普通的焊釘，要求焊釘?shù)牟馁|(zhì)盡可能與母材的材質(zhì)一致或接近，焊釘?shù)暮附拥亩嗣嬗?到5度的錐度；而電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)除了材質(zhì)和焊釘焊接端面的要求與拉弧式螺柱焊機(jī)相同外，還要求焊釘?shù)暮附佣嗣嬉幸粋€(gè)0.8*0.8mm的引弧點(diǎn)。

拉弧式螺柱焊機(jī)使用的焊釘與電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)使用的焊釘樣式如圖（圖三）：

      
       第二，二者對(duì)焊釘?shù)闹睆揭蟛煌?/p>

       第三，二者對(duì)焊接母材表面的要求不同。

       拉弧式螺柱焊機(jī)對(duì)焊接母材的要求不嚴(yán)格，只要焊接母材的表面能導(dǎo)電，即使焊接的表面有輕微的銹蝕，有油污，有金屬鍍層，有其他雜質(zhì)，也不會(huì)影響焊接；而電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)對(duì)焊接母材的要求就比較嚴(yán)格，如果焊接母材的表面有銹蝕、油污、雜質(zhì)等，導(dǎo)致焊接表面電阻增大，都無(wú)法焊接或焊不牢。如果焊接母材表面的金屬鍍層較厚，比如鍍鋅層較厚就很難焊接，甚至根本無(wú)法焊接。

       第四，二者對(duì)焊接母材的厚度要求不同。

       拉弧式螺柱焊機(jī)對(duì)焊接母材的厚度要求不嚴(yán)格，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的“DSP高頻逆變拉弧式螺柱焊機(jī)”，可以將直徑為6mm的焊釘焊接在板厚0.4mm的母材上，焊接點(diǎn)的背面也完好無(wú)損；將直徑6mm的焊釘焊接在板厚20mm的母材上，也焊得很牢。當(dāng)然，對(duì)于拉弧式螺柱焊機(jī)對(duì)焊接母材的厚度要求也不是沒(méi)有限制，對(duì)于短周期螺柱焊接，最薄的母材厚度要大于0.4mm,且在母材厚度在0.4mm的情況下，焊釘?shù)暮附佣嗣嬷睆讲怀^(guò)6mm，否則焊接面將會(huì)被焊穿。對(duì)于長(zhǎng)周期拉弧式螺柱焊接，焊釘?shù)闹睆脚c母材的厚度之間要大于5比1；即焊釘?shù)闹睆綖?5mm，焊接母材的厚度要大于3mm，否則有焊穿的危險(xiǎn)。

電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)對(duì)焊接母材的厚度要求比較嚴(yán)格，尤其是焊接母材不能太厚，將直徑10mm的焊釘焊接在10mm厚的板材上，即使加大電容儲(chǔ)量也是比較困難的。

       第五，二者焊接熔深不同   

       拉弧式螺柱焊機(jī)焊接的熔池較深，短周期焊接熔深根據(jù)焊釘直徑和母材厚度不同一般大于0.1mm；長(zhǎng)周期焊接熔深根據(jù)焊釘直徑和母材厚度不同一般大于0.3mm；并且拉弧式螺柱焊接都會(huì)在已經(jīng)焊接的螺柱周圍形成比較有規(guī)則的焊縫成型，大大增加了焊接強(qiáng)度。電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)焊接的熔深較淺，一般都小于0.2mm。即使焊接母材較厚，也不會(huì)增加多少熔深。

       三、拉弧式螺柱焊機(jī)與電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的焊接效果比較

       在試驗(yàn)過(guò)程中，我們?cè)?.0厚且表面比較清潔的普通鋼板上分別焊接材質(zhì)相同的直徑為6mm的鍍銅焊釘，其扭力測(cè)試的效果是相同的。將該焊接工件放入H2SO4含量為15%的硫酸稀釋液中浸泡240小時(shí)后，進(jìn)行拔釘試驗(yàn)，其結(jié)果是:拉弧式焊接的焊釘拔出的孔徑比較一致，且焊接仍然牢靠，母材與焊釘之間無(wú)脫離；而電容儲(chǔ)能式焊接的焊釘拔出的孔徑不夠一致，母材與焊釘之間有脫離和銹蝕現(xiàn)象。對(duì)于2mm的薄板，用拉弧式螺柱焊機(jī)焊接直徑為6mm螺柱，焊接點(diǎn)背面會(huì)有明顯的痕跡，表現(xiàn)為顏色改變；0.6mm的薄板，用拉弧式螺柱焊機(jī)焊接直徑為6mm螺柱，焊接點(diǎn)背面不僅會(huì)有明顯的痕跡，表現(xiàn)為顏色改變，而且還會(huì)發(fā)生變形，表現(xiàn)為有稍微突出的現(xiàn)象。而同樣用電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)焊接直徑為6mm的螺柱，對(duì)于2mm的薄板，焊接點(diǎn)背面幾乎看不見(jiàn)任何有被焊接過(guò)的現(xiàn)象；對(duì)于0.6mm的薄板，雖然背面有輕微的顏色改變，但沒(méi)有發(fā)生任何形狀的變化。當(dāng)然，對(duì)于焊接母材的表面銹蝕比較重，或油污較多，或鍍鋅層較厚的，用拉弧式螺柱焊機(jī)可以照樣焊接，電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)就為之嘆息了。

       四、拉弧式螺柱焊機(jī)與電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的長(zhǎng)處和短處比較

       1.拉弧式螺柱焊機(jī)的長(zhǎng)處和短處

       拉弧式螺柱焊機(jī)長(zhǎng)處：一是可以焊接從直徑2mm-30mm的焊釘；二是焊接母材厚度最薄0.4mm，再厚的母材都能焊接；三是對(duì)焊接母材表面的要求不是很嚴(yán)格，有鍍層，有油污、有銹蝕，都不影響焊接；四是螺柱與母材熔合好，焊縫成形好，耐久性好。短處是：對(duì)于焊接母材較薄的，其焊點(diǎn)背面焊接地痕跡比較明顯，在焊接薄板時(shí)，對(duì)母材焊接背面要求比較嚴(yán)格的不能采用。

       2電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的長(zhǎng)處和短處

       電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的長(zhǎng)處：一是由于焊熔深較淺，在焊接母材較薄的情況下，相對(duì)于拉弧式焊接，焊點(diǎn)背面出現(xiàn)的焊痕要好的多；二是機(jī)器的價(jià)格便宜，與拉弧式螺柱焊機(jī)相比，功率大體相同，價(jià)格僅是拉弧式螺柱焊機(jī)的幾分之一。短處：一是焊釘直徑不能大，一般10mm即可，再大就影響焊接牢度；二是焊接母材不能太厚，尤其是焊接直徑大于8mm的焊釘，母材厚度超過(guò)5mm，焊接起來(lái)就比較困難；三是要求焊接母材表面清潔度好，對(duì)于鍍鋅層較厚、油污較多、銹蝕較多的材料，焊接起來(lái)效果都不好，甚至根本不能焊接；四是由于電容儲(chǔ)能式螺柱焊接地熔深較淺，加上焊接時(shí)不能很好地清除母材表面的雜質(zhì)，焊接好的螺柱耐久性不如使用拉弧式焊接的好。

       五、拉弧式螺柱焊機(jī)和電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)的運(yùn)用范圍

       拉弧式螺柱焊機(jī)可焊接普碳鋼、不銹鋼、銅材、鋁材等，適用于汽車和船舶制造、五金制造、機(jī)箱機(jī)柜、建筑橋梁、鋼結(jié)構(gòu)工程等；電容儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)同樣可以焊接普碳鋼、不銹鋼、銅材、鋁材等，適用于五金制造、機(jī)箱機(jī)柜等。