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一、螺柱焊接技術(shù)及原理
螺柱焊接
螺柱焊—將螺柱一端與板件(或管件)表面接觸，通電引弧，待接觸面熔化后，給螺柱一定壓力完成焊接。實(shí)現(xiàn)螺柱焊的方法有電阻焊、摩擦焊、爆炸焊、電弧焊等。目前應(yīng)用較多的是電弧法。
螺柱焊的特點(diǎn)
■ 焊縫全斷面結(jié)合，提高了焊接部位的安全性；
■ 焊接在瞬間完成，提高了焊接工作效率；
■ 材料的適應(yīng)性強(qiáng)，可適用用于多種金屬材質(zhì)；
■ 熱影響區(qū)小，焊接母材變形小；
■ 焊接損傷很小，母材背面沒(méi)有或只有很小的焊接損傷；
■ 保持中空零件的密閉性；
■ 實(shí)現(xiàn)單面焊接；
■ 操作簡(jiǎn)單，焊接工人經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作。
■電弧法螺柱焊分類(lèi)——儲(chǔ)能式(電容放電式)、提升引弧式(拉弧式)
■ 儲(chǔ)能式(電容放電式)螺柱焊—由充電電容放電提供焊接所需的能量，當(dāng)電容放電時(shí)，螺柱和工件之間出現(xiàn)很短時(shí)間的電弧，電弧會(huì)熔化工件表面和螺柱頂端的少量金屬，隨后螺柱浸入熔池，熔化金屬迅速冷卻，形成焊接接頭。儲(chǔ)能式螺柱焊的焊接時(shí)間極短，通常情況下在5ms之內(nèi)，無(wú)需保護(hù)氣體；熔池淺，約0.1mm，工件背面無(wú)變形、壓痕，適于薄板焊接；可用于焊接碳鋼、不銹鋼、鋁、銅及其合金，板厚與螺柱直徑比可達(dá)1:10.
■ 儲(chǔ)能式螺柱焊根據(jù)焊槍位置可分為接觸式和間隙式
■ 接觸式螺柱焊—依靠焊槍內(nèi)置彈簧壓緊螺柱，工件和螺柱之間的距離由螺柱頂部小凸臺(tái)來(lái)保證，當(dāng)電容放電時(shí)，小凸臺(tái)迅速氣化，螺柱和工件之間出現(xiàn)電弧，電弧產(chǎn)生的熱量使螺柱頂部形成熔化層，工件表面形成很淺的熔池，在焊槍內(nèi)置彈簧壓力下，螺柱快速下沉，在3-4ms內(nèi)，螺柱浸入熔池，電弧消失，熔池冷卻迅速形成焊接接頭。
螺柱焊兩種。
■ 間隙式螺柱焊—與接觸式大致相同，但與接觸式的彈簧壓緊螺柱與工件接觸不同的是，間隙式是通過(guò)電動(dòng)或氣動(dòng)的方式把螺柱從工件表面提升到一定距離，然后螺柱下沉，同時(shí)電容放電，螺柱與工件之間產(chǎn)生電弧，這種焊接方式與接觸式相比，焊接時(shí)間更短。
■儲(chǔ)能式螺柱焊的工藝參數(shù)主要有：螺柱直徑、焊接電壓、焊接時(shí)間和螺柱伸出長(zhǎng)度。儲(chǔ)能式螺柱焊有一個(gè)顯著的特點(diǎn)：電容放電過(guò)程不可控，焊接時(shí)間不可調(diào)。螺柱伸出長(zhǎng)度可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，通常在1.0～1.5mm之間。
■ 儲(chǔ)能式螺柱焊的焊接能量是由螺柱焊機(jī)的電容組的電容量和充電電壓決定：W＝CU2，其中，W-焊接設(shè)備的額定儲(chǔ)存能量，C-電容器組的總電容量，U-充電電壓。儲(chǔ)能式螺柱焊設(shè)備的瞬間焊接電流峰值約為1000～10000A，這取決于設(shè)備電容量、充電電壓、焊接回路電阻和電感。一般來(lái)講，從保護(hù)操作者和設(shè)備本身的安全性考慮，充電電壓通常在200V之內(nèi)。由于設(shè)備出廠(chǎng)時(shí)，電容量已經(jīng)固定，所以實(shí)際工作時(shí)，只能調(diào)節(jié)充電電壓，根據(jù)螺柱直徑大小和工件板厚，確定合適的電壓值。
■ 拉弧式螺柱焊
通過(guò)晶閘管控制的直流電源或逆變式焊接電源來(lái)進(jìn)行焊接。拉弧式螺柱焊接工藝，螺柱和工件的金屬熔化量比儲(chǔ)能式螺柱焊多，熔深較深，影響焊接質(zhì)量的參數(shù)較為復(fù)雜，螺柱所能承受的強(qiáng)度也更大。拉弧式螺柱焊根據(jù)焊接時(shí)間的長(zhǎng)短，可細(xì)分為長(zhǎng)周期螺柱焊和短周期螺柱焊。拉弧式螺柱焊的工作過(guò)程見(jiàn)下圖：
螺柱接觸工件，通電后利用螺柱夾持機(jī)構(gòu)提升螺柱，此時(shí)螺柱與工件之間出現(xiàn)穩(wěn)定燃燒電弧，電弧熱熔化螺柱頂部和工件表面，隨后螺柱夾持機(jī)構(gòu)壓迫螺柱下沉到工件熔池，斷電后形成焊接接頭。短周期螺柱焊與長(zhǎng)周期螺柱焊不同的地方是焊接時(shí)間僅為長(zhǎng)周期螺柱焊的十分之一到幾十分之一。另外短周期螺柱焊在焊接電弧出現(xiàn)之前有一個(gè)引導(dǎo)電弧，其作用是清除工件或螺柱頂部表面的油污、油脂或涂層.
■拉弧式螺柱焊的工藝參數(shù)主要有：焊接電流、焊接時(shí)間、引弧電流、引弧時(shí)間、提升高度、螺柱伸出長(zhǎng)度以及送釘時(shí)間等。
■ 焊接電流—主要根據(jù)螺柱頂部法蘭直徑來(lái)選擇，就普通低碳鋼而言，焊接電流和螺柱直徑的關(guān)系為：短周期螺柱焊，I=(95～110)d，d=3～15mm；長(zhǎng)周期螺柱焊，I＝(50～100)d，d=16～30mm。對(duì)于鍍鋅螺柱或焊接在鍍鋅工件上的螺柱而言，焊接電流需要增加20%。
■焊接時(shí)間—短周期螺柱焊，Tw=(4～5)d，d=3～15mm；長(zhǎng)周期螺柱焊，Tw=(10～100)d，d≥16mm;短周期螺柱焊時(shí)間通常在20～100ms之間；長(zhǎng)周期螺柱焊，通常對(duì)于焊接強(qiáng)度要求高，熔池深，焊接時(shí)間為200～2000ms。無(wú)論短周期螺柱焊或長(zhǎng)周期螺柱焊，其焊接時(shí)間與焊接電流共同組成焊接輸入熱量，可以互相配合、靈活調(diào)節(jié)。
■ 引弧電流和引弧時(shí)間—這兩個(gè)工藝參數(shù)僅在短周期拉弧式螺柱焊中出現(xiàn)，目的是清除工件表面與螺柱頂部法蘭的油污、油脂或涂層。引弧電流一般為30～50A，可調(diào)范圍比較?。灰r(shí)間通常為20～40ms。
■ 目前很多品牌焊機(jī)的引弧電流和引弧時(shí)間在出廠(chǎng)時(shí)已設(shè)為固定值。
■提升高度—螺柱提升高度是決定焊接質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。它與螺柱直徑成正比。提升高度能有效防止因熔滴過(guò)渡時(shí)短路所造成的電弧不穩(wěn)和焊接成形不良。但是，過(guò)高的提升高度也有不利的一面：一是由于電弧的增長(zhǎng)易發(fā)生磁偏吹現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量；二是增加焊縫氣孔數(shù)量。這是一個(gè)較敏感的影響焊接質(zhì)量的因素。對(duì)于短周期螺柱焊來(lái)說(shuō)，利用電磁感應(yīng)提升螺柱的焊槍?zhuān)嵘叨韧ǔ?.2mm，利用伺服電機(jī)提升螺柱的焊槍?zhuān)嵘叨韧ǔ?.5mm。
■螺柱伸出長(zhǎng)度——螺柱伸出長(zhǎng)度對(duì)于長(zhǎng)周期螺柱焊來(lái)說(shuō)，是螺柱熔化的長(zhǎng)度與工件熔池深度之和，與螺柱直徑成正比，經(jīng)驗(yàn)值在1.5～6mm；對(duì)于短周期螺柱焊接而言，電磁式焊槍的螺柱伸出長(zhǎng)度是螺柱熔化的長(zhǎng)度加工件熔深，通常為1.2mm；伺服電機(jī)式焊槍的螺柱，其伸出槍嘴端面一定的長(zhǎng)度，僅僅是便于螺柱與工件接觸，而形成穩(wěn)定的電路短路，通常為2.2～3mm。伺服電機(jī)式焊槍的螺柱熔化長(zhǎng)度與工件熔池深度為單獨(dú)的參數(shù)值，與螺柱伸出長(zhǎng)度沒(méi)有直接關(guān)系。
二、螺柱焊接過(guò)程
焊前準(zhǔn)備工作
(1) 工件表面應(yīng)無(wú)油污、雜質(zhì)和銹蝕；
(2) 焊槍噴嘴上無(wú)飛濺的焊渣；
(3) 卡套的夾緊力和清潔程度是否良好；
(4) 用樣板檢測(cè)1.2mm的拉弧距離；
(5) 焊槍后部的保護(hù)蓋應(yīng)擰緊；
(6) 自動(dòng)送料設(shè)備要完好，連接處無(wú)松動(dòng)；
(7) 螺柱弧焊機(jī)應(yīng)處于正常工作狀態(tài)。
2. 焊接材料的選擇—選擇合適的焊接螺柱及陶瓷套
3. 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—考慮如何防止磁偏吹。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不對(duì)稱(chēng)性是引起磁偏吹的主要因素。
3. 焊接操作
(1)將螺柱置于焊槍上(或自動(dòng)送料)；
(2)有定位夾具的要將定位夾具在工件上定位夾緊；
(3)通過(guò)工件上的定位凸點(diǎn)或定位夾具上的定位導(dǎo)套將焊槍在工件上定位；
(4)施加壓力使焊接螺柱垂直緊貼工件表面；
(5)扣壓焊槍上的扳機(jī)開(kāi)關(guān)—焊接；
(6)提起焊槍?zhuān)砷_(kāi)夾具將工件取下。
4. 焊接質(zhì)量
(1)焊接螺柱位置、數(shù)量、規(guī)格正確；
(2)不允許有焊接缺陷(過(guò)燒、未熔合、螺柱傾斜等)；
(3)焊接強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足工藝要求。
5. 焊后質(zhì)量檢驗(yàn)
(1)螺柱根部焊縫是否均勻連續(xù)完好；
(2)螺柱是否垂直于工件表面；
(3)螺柱位置數(shù)量、規(guī)格是否正確；
(4)螺柱強(qiáng)度檢驗(yàn)：帶頂帽的螺柱用錘子或套筒對(duì)螺柱進(jìn)行傾斜彎曲試驗(yàn)，當(dāng)傾斜角度≥15°時(shí)是以每個(gè)螺柱焊縫和熱影響區(qū)都沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的開(kāi)裂視為合格；不帶頂帽的螺柱要先安裝上與其相配的螺母，然后用扭矩扳手檢測(cè)。
■在螺栓強(qiáng)度檢驗(yàn)中，要考慮焊接螺栓的材料厚度。對(duì)于較厚的材料，螺栓變形或斷裂表明焊接強(qiáng)度較好；對(duì)于較薄的材料，焊接背面嚴(yán)重凹陷通常表明強(qiáng)度足夠。
三、螺柱焊接常見(jiàn)缺陷
錯(cuò)焊—焊接的螺柱型號(hào)不符合工藝要求。
2. 漏焊—在要求的板件區(qū)域未焊接螺柱。
3. 虛焊—螺柱焊接完成冷卻之后，對(duì)螺柱施加規(guī)定的扭力時(shí)，螺柱與板件在熔池焊接處脫落。
產(chǎn)生原因—焊接熱能量不足。
預(yù)防措施—檢查所有導(dǎo)線(xiàn)接點(diǎn)，可適當(dāng)調(diào)整電弧長(zhǎng)度，同時(shí)增加焊接
電流或焊接時(shí)間給定值。
4. 過(guò)焊—由于焊接能量過(guò)大，導(dǎo)致螺柱或者板件過(guò)度熔化，從而降低了螺柱焊接強(qiáng)度。
產(chǎn)生原因—焊接熱能量過(guò)高。
預(yù)防措施—可降低焊接電流或焊接時(shí)間，或只減小焊接電流。
5. 螺柱懸空未插入熔池
產(chǎn)生原因—螺柱夾頭與套圈夾頭不同心。
預(yù)防措施—調(diào)整螺柱夾頭與套圈夾頭的同心度，從而保證螺柱在焊接
過(guò)程中能夠自動(dòng)移動(dòng)。
6. 螺柱傾斜
產(chǎn)生原因—焊槍工作位置不正。
預(yù)防措施—通過(guò)夾具導(dǎo)套矯正焊槍工作位置，使其與焊接表面垂直。
7. 偏焊 (焊縫不均勻，一側(cè)焊縫堆積)
產(chǎn)生原因—夾具導(dǎo)套導(dǎo)致電弧磁偏吹。車(chē)身材料為碳鋼，導(dǎo)套形狀不對(duì)稱(chēng)時(shí)，焊接電流流經(jīng)工件、電弧和螺柱時(shí)，電走最快 的通路，會(huì)被電磁場(chǎng)干擾，從而引起電弧偏吹到局部集中方向。
預(yù)防措施—(1) 改變地線(xiàn)連接方式(非主要因素)；
(2) 合理設(shè)計(jì)夾具導(dǎo)套形狀及材料。
螺母焊接(凸焊)
一、螺母焊接工藝參數(shù)的選擇
1. 電極壓力
■電極壓力的大小應(yīng)使多個(gè)凸點(diǎn)在通電前其高度被均勻壓塌1/3左右，被焊板相應(yīng)部位表皮被擠破或有稍小壓坑，壓力太大會(huì)過(guò)早壓平凸點(diǎn)失去凸焊作用，壓力太小易引起飛濺。
2. 預(yù)壓時(shí)間
■要考慮電極下壓行程所需時(shí)間和凸點(diǎn)變形所用時(shí)間(與凸點(diǎn)個(gè)數(shù)、直徑、剛度有關(guān))。如果時(shí)間過(guò)短，電極剛與被焊件接觸便開(kāi)始通電，將引起瞬間放電，使被焊板燒穿，電極頭燒熔；若凸點(diǎn)稍有變形就開(kāi)始通電，易引起早期飛濺。
3. 焊接時(shí)間
■ 焊接時(shí)間要足夠長(zhǎng)，應(yīng)大于凸點(diǎn)通電熔化到整個(gè)高度被壓平所需時(shí)間+凸點(diǎn)與被焊板接觸處行程熔化區(qū)所需時(shí)間。確保凸點(diǎn)被完全壓平，若時(shí)間過(guò)短，兩焊件中間易存有縫隙；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則使表面質(zhì)量變壞，抗扭強(qiáng)度降低。
4. 焊接電流
■ 理論上焊接電流等于凸點(diǎn)個(gè)數(shù)與每個(gè)凸點(diǎn)所需電流之積，其大小應(yīng)使所有凸點(diǎn)在被壓平的瞬間全部熔化。電流大則焊接時(shí)間可減小。小電流長(zhǎng)焊接時(shí)間可使溫度場(chǎng)分布平緩，減少飛濺。
■ 影響凸焊螺母焊接質(zhì)量的因素
(1) 凸焊螺母的材料、螺母凸臺(tái)形式及尺寸，表面清潔度；
(2) 工藝參數(shù)：電極壓力、焊接電流與焊接時(shí)間的控制。電極壓力增大，使凸點(diǎn)瞬時(shí)壓潰，焊接熔核尺寸減小甚至消失，接頭強(qiáng)度降低，破壞 了焊接過(guò)程的穩(wěn)定性；電極壓力過(guò)小，一方面不能壓潰凸點(diǎn)，另一方面在焊接過(guò)程產(chǎn)生飛濺。焊接電流要與焊接時(shí)間匹配合適，一般在螺母凸點(diǎn)直徑較大時(shí)采用較硬的規(guī)范，而在凸點(diǎn)直徑較小時(shí)應(yīng)采用軟規(guī)范。
二、螺母焊接質(zhì)量缺陷
1. 螺母脫落、燒黑、內(nèi)螺紋變形
上下電極的平行度有誤差(尤其修磨后的電極)，焊機(jī)加壓氣缸的軸線(xiàn)對(duì)工作臺(tái)面的垂直度有誤差，螺母在焊接預(yù)壓階段各凸點(diǎn)受力出現(xiàn)不均勻，接觸電阻出現(xiàn)差異，通電后形成大小不等的熔核，各別凸點(diǎn)為非熔化連接；由于偏載的影響，凸點(diǎn)未被壓平便與被焊板焊到一起，若增大焊接電流或焊接時(shí)間，螺母可能燒黑；若再增大焊接電流或時(shí)間，陰影部分非凸點(diǎn)處已經(jīng)形成非熔化連接，內(nèi)螺紋可能變形。
2. 螺紋內(nèi)粘附焊渣
■ 在焊接過(guò)程中粘附在螺紋上的飛濺物，是因?yàn)榧訜峒眲?，熔核周?chē)乃苄原h(huán)2. 螺紋內(nèi)粘附焊渣
未完全形成時(shí)金屬發(fā)生氣化，內(nèi)壓力過(guò)大而造成。
■ 影響飛濺的因素主要有：電極壓力小、預(yù)壓時(shí)間短、焊接電流大。
三、螺母焊接標(biāo)準(zhǔn)
■螺母種類(lèi)
■螺母焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)項(xiàng)目
