螺柱焊接基础知识
柱焊及螺柱穿透焊工艺的由来和现状
概要:螺柱焊及螺柱穿透焊工艺的由来和现状螺柱焊起于上世纪30年代，首先在造船工业装修中应用，到50~60年代发达国家在钢结构工程中开始应用，70年代应用范围和行业逐渐增加，锅炉、压力容器、汽车、造船、金属结构中...
螺柱焊及螺柱穿透焊工艺的由来和现状
螺柱焊起于上世纪30年代，首先在造船工业装修中应用，到5 0~60年代发达国家在钢结构工程中开始应用，70年代应用范围和行业逐渐增加，锅炉、压力容器、汽车、造船、金属结构中的大量应用。我国80年代在成都第一台国产螺柱焊机问世，并通过机电部鉴定。90年代初国产RSR电容贮能螺柱焊机已成系列，解决了M2—M8螺柱的焊接问题，90年代中期研制成功RSR系列螺柱焊机，满足2~30mm的螺柱焊接问题。随着钢结构防火耐热要求的提高，螺柱焊技术得到了长足的进步，对异种钢的焊接取得了成功，目前国内有关单位正在攻克螺柱焊的另外二大难关，即横立焊和仰焊。不断地向国内外行业领先的地位进军。
螺柱穿透焊是伴随着钢—混凝土结构的发展而推广起来的，作为钢—混凝土联结件的栓钉对结构发挥两种作用，一是承受钢—混凝土结构的水平剪切力，二是防止钢—混结构垂直剥离的抗
翘作用。抗剪钉主要用于钢筋混凝土柱，梁及楼板的抗剪，特别是大跨度铁路桥梁，市政公路高架桥、高承载力钢结构建筑等。在多层钢结构组合楼板施工中，经常是安装钢结构柱梁，在铺设压型钢板后进行螺柱焊施工。在压型钢板铺设时，为提高其支承刚度，通常采用多跨连接布置方式。因此，大量的螺柱需在压型钢板上引弧并穿透压型钢板焊接于梁上，这种方法就叫“螺柱穿透焊”工艺。穿透焊和非穿透焊的区别在于支撑梁与螺柱端部之间增加了压型钢板的隔离层，使螺柱端部无法与钢梁表面直接接触，由于压型板隔离层的存在，形成了许多焊接工艺上无法控制的因素，致使焊接质量得不到保证。
螺柱焊优点
电弧螺柱焊（以下简称螺柱焊）是焊接学科的一个分支，也是目前各国工业领域广泛应用的连接和装配方式，这种工艺具有三大优越性：
（1）同焊条电弧焊对比，可实现全截面的焊接，焊条电弧焊只能实现角焊缝，所以螺柱焊的螺栓抗剪能力得到大幅度的提高（2）焊接速度快，可实现标准化作业（国内目前已出现电容式贮电螺柱充电时间2s的焊机。即：1个/2s达到国际先进水平（3）具有高质量的再现性，重复性强。
螺柱焊简介
概要:将金属螺柱或类似的其他金属紧固件（栓、钉等）焊到工作（一般为板件）上去的方法叫做螺柱焊，通常用英文简称SW（STUD WELDING）表示。螺柱焊可以代替铆接或钻孔螺丝紧固等。它广泛应用于汽车、造船、机车、...
将金属螺柱或类似的其他金属紧固件（栓、钉等）焊到工作（一般为板件）上去的方法叫做螺柱焊，通常用英文简称SW（ST UD WELDING）表示。螺柱焊可以代替铆接或钻孔螺丝紧固等。它广泛应用于汽车、造船、机车、航空、机械、锅炉、化工设备、变压器及大型建筑结构等行业。
实现螺柱焊接的方法有电阻焊、摩擦焊、爆炸焊及电弧焊等多种，这里指的是电弧法螺柱焊（STUD ARC WELDING）。电弧法螺柱焊在使用设备及焊接技术方法上有其特殊性，而其他螺柱焊接方法均采用传统设备，仅仅焊接夹具有所改变，例如：电阻法螺柱焊其实就是电阻焊中的T形焊，是凸焊的一种。
电弧法螺柱焊又可根据其所用焊接电源不同而分为三种基本形式：
第一种是稳定电弧螺柱焊，螺柱端部与工件表面之间产生稳定的电弧过程，电弧作为热源在工作上形成熔池，同时螺柱端被加热形成熔化层，在压力（弹簧等机械压力）作用下将螺柱端部浸入熔池，并将液态金属全部或部分挤出接头之外，从而形成再
结晶的塑性连接或再结晶与重结晶混合连接接头。这种螺柱焊的电源一般是弧焊整流器（可控整流或不控整流）、焊接逆变器或直流弧发电机，即普通弧焊电源就可以。稳定电弧螺柱焊通常称作电弧螺柱焊（ARC STUD WELDING），也有资料称作标准螺柱焊。电弧螺柱焊的电弧放电是持续而稳定的电弧过程，焊接电流不经过调制，焊接过程中焊接电流基本上是恒定的。
第二种是不稳定电弧螺柱焊，与上述方法不同之处在于供电电源是电容器组，电容器在螺柱端部与工作表面间的放电过程是不稳定的电弧过程，即电弧电压与电弧电流瞬时在变化着，焊接过程是不可控的。这种稳定电弧螺柱焊通常称作电容放电螺柱焊或电容储能螺柱焊，有些资料亦称作尖端放电螺柱焊。
第三种电弧法螺柱焊的基本形成是电弧电流经过波形控制的电流螺柱焊，通常称作短周期螺柱焊（SHORT CYCLE STUD WELDI NG）或短时间螺柱焊（SHORT TIME STUD WELDING）也有资料称作行程式螺柱焊，这种螺柱焊的电源一般情况下是两个并联的电源先后给电弧供电，可以是两个弧焊整流器，也可是整流器加电容器组，只有采用逆变器作电源时可以不用双电源。短周期螺柱焊采用逆变器或双整流作电源时的电弧过程是阶段稳定的电弧过程，当双电源中含有电容器组时，电容放电产生的电弧过程仍然是不稳定的。
三种基本方法各有不同的特点及不同的最佳应用领域。但也有共同之处，即为了保证接头质量都要求螺柱浸入熔池，熄弧后
仍然保留几毫秒带电（短路电流）加压时间，这和电阻对焊中的有电顶锻的概念是一致的。
本章仅介绍在钢结构行业大量使用的电弧螺柱焊焊接接过程（1）焊接过程电弧螺柱焊电弧发生与焊条电弧焊时焊条的引弧原理是相同的，都是短路提升引弧。不同的是螺柱被夹持在焊枪的夹头上，操作者将焊枪的支撑架定位螺柱与工件短路点。焊枪中的磁力提升机构使螺柱上升引弧。当提升机构的电磁铁释放时，弹簧加压使螺柱浸入熔池，断电冷却形成接头。螺柱提升高度即螺柱的行程是在焊枪中焊前调定的。电弧螺柱焊的焊接过程示意图如图1所示。
（2）保护瓷环电弧螺柱焊的焊接加热过程是稳定的电弧燃烧过程，像有保护的普通电弧焊（药皮焊条弧焊、埋弧焊及气体保护焊）一样，为防止空气侵入熔池恶化接头质量而要求保护，电弧螺柱焊可以采用气保护，一般采用氩气，像GTAW焊一样由氩气通过喷嘴形成围绕电弧的保护罩，因为螺柱焊不存在熔滴过渡以及接头基本上是塑性连接，熔池没有冶金过程，所以不采用CO 2气。也可以采用渣保护，在螺柱定位短路后用埋弧焊焊剂埋上焊接区进行引弧焊接，同时焊剂也可以稳弧，和埋弧焊过程基本一样，亦只限于可以存住焊剂的平位焊。但大多数情况（结构钢螺柱焊）采用陶瓷环的机械保护方法。陶瓷环也称作保护套圈（图2）
其作用是除了防止空气侵入焊接区之外，还可以产生热量集中的效果以及有助于接头在各种空间位置成形。焊接螺柱被加压下落将熔池熔化金属挤出到瓷环的焊缝成形穴中，由瓷环控制焊脚形状，凝固后成为接头的一部分，所以接头是由塑性连接及熔化连接两种连接方式共同完成的焊接过程。瓷环保护圈是一次性消耗材料，焊后自然破碎清除即可，瓷环市场价一角钱左右，比采用氩气保护焊接成本低得多。
（2）螺柱尺寸电弧螺柱焊对螺柱尺寸要求如下：
1）螺柱长度必须大于20mm才能施焊。螺柱长度应由夹持长度、瓷环高度及焊接留量三部分组成。焊接时套入螺柱的瓷环一般在1 0mm左右，焊接留量大约在3~5mm，其余是夹持长度约5~6mm。所谓焊接留量是指螺柱视在长度与焊后工件表面到螺柱上端长度的差值，差值是由于焊接熔化、插入熔池及加压时塑性变形共同缩短的量。在设计螺柱长度时必须考虑预留这段长度，所以叫做焊接留量。
2）螺柱直径一般得大于6mm，小于30mm，否则焊接难度增大甚至难以采用电弧螺焊接方法。
3）螺柱端部应加工成锥形，锥度按专业标准规定，允许偏差较大。加工成锥形是为了便于短路引弧，短路通电时电流线集中，提升引弧时热电离及热发射在电弧发生过程起更大的作用。有时在锥
端镶嵌或涂敷铝的氧化物作为引弧剂，当焊接电流强度选得较大时可以不用引弧剂。
螺柱焊机的分类
概要:螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。表1电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊...
螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。
表1电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊的特点
焊接方式焊接时间tw ms可焊螺柱直径d mm焊接电流I A保护方式最低板厚
电弧螺柱焊瓷环保护＞1003～25300～3000瓷环1/4d但不能小于1mm
气体保护＞1003～16300～3000气体1/8d但不能小于1mm
短周期焊接≤1003～12≤1500不保护或气体保护1/8d但不能小于0.6mm
拉弧式电容放电螺柱焊＜103～10≤3000（峰值）不保护1/ 10d但不能小于0.5mm
注：最低板厚是指避免烧穿的厚度。
1.1电弧螺柱焊机
电弧螺柱焊机是由焊接电源、控制器、焊枪、地线钳、焊接电缆等部分组成。但大多数焊接设备的焊接电源都与控制器合并为一体，称为主机。比较先进的控制方式是使用微处理器，以便精确设置和适时控制焊接过程中的焊接电流、焊接时间等参数。焊接电源一般为晶闸管控制的或逆变式的弧焊整流器。逆变式的弧焊整流器体积小、重量轻、动特性好，无疑是焊机的首选，但受大功率器件的限制，所以目前大容量的焊机还是以晶闸管控制的弧焊整流器为主。但不论那种结构的焊接电源，其安全要求都应符合GB15579的规定。用于螺柱焊的直流焊接电源应具有以下特点：
a、焊接电源应具有下降的静外特性。只有这样才能维持电弧的稳定性，保证焊接质量。
b、焊接电源应有引弧电流（40～50A）和较高的空载电压（70～1 00V）。以确保100％的引弧成功率，对于大直径的螺柱焊接，其空载电压甚至超过100V。只有这样才能满足提升高度较大时的需求。
c、要有较高的负载电压。按弧焊电源下降特性的定义，当焊接电流≥600A时，其负载电压应保持44V不变。在施工现场使用的焊机，其焊接电缆较长，有的长达50m，电压降很大。如果不增加负载电压加以补偿，就势必会降低其焊接能力，若不按照ISO14555规定配制焊接电缆的截面积，情况就会更加严重，甚至无法焊接。这就是为什么不同厂家制造的同一电流等级的焊机，其焊接螺柱的最大直径有较大差异的主要原因之一。
d、焊接电流要有陡升的前沿。螺柱焊接的最大特点是瞬间大电流，因此要求焊接电源在接通后的32ms之内，焊接电流应达到其峰值。对于短周期螺柱焊而言，其焊接电流的上升时间应该更短，否则就有可能出现焊接时间已到，但焊接电流还没有达到其峰值的现象。设定的焊接电流与螺柱焊接所得到的能量不成比例，则很难保证其焊接质量。
提高焊接电流上升速度的唯一办法是减小电抗器的电感量。普通弧焊整流器之所以要加大电抗器，除了滤波之外还要限制短路电流的上升速度和短路电流的峰值，以降低引弧时的冲击电流，减小飞溅和弧坑，并避免烧穿工件。螺柱焊则不同，是按照已设定的引弧、螺柱提升、接通主电源等逻辑顺序进行的。也就是说，在螺柱与工件有一定间隙的情况下才接通焊接主电源的，因而避
免了引弧时的飞溅。其实螺柱焊的最大“飞溅”是发生在螺柱压入熔池时，瞬间发生的喷溅物。
通过试验已经证明：三相全波硅整流电源（纹波系数γ＝0.042），即使没有滤波电抗器，照样可以进行螺柱焊接。螺柱焊用的由晶闸管控制的焊接电源的电抗器只是滤波而已，因此可以大大减小，至于减少多少？要视电源的主电路结构和电流调节范围而定。
e、电源要有较小的内阻抗。焊接电源的主电路的电气绝缘，采用H级耐热等级与B级相比，具有体积小重量轻的优点，倍受人们的推崇。但深入分析后发现，也并非完美无缺。GB11021规定：H、B级耐热等级的最高温度分别为180℃和130℃，H级比B级允许的温度约高40％。也就是说，在主电路设计时，其线圈的电流密度可以大幅度提高，以减小导线的截面积。随之而来的是导线的电阻，也即电路的阻抗增加。这对于大电流焊接的螺柱焊机而言，则是致命的缺点。假如焊接电源主电路的绝缘由B级改为H级，次级回路所有导线截面积的减小而导致总电阻的增加那怕只有0. 006Ω，按2500A焊接电流计算，其增加的功耗为37.5kw，再加上主变压器初级增加的功耗，则是相当可观的。焊接电源主电路的功耗增加，势必减小输出的焊接功率，使焊接能力下降，这便是体积、重量的减小付出的代价。也就是说，焊接同一直径的螺柱，H级比B级绝缘的焊机需要更高的功率才能达到同一效果，效率
明显下降。国产RSN2-3150电弧螺柱焊机，B级绝缘，能焊接d=3 0mm的焊钉，这是同等级的H级绝缘的电弧螺柱焊机无法达到的。
f、供电的电源柜（箱）应有足够的容量，电弧螺柱焊机的负载持续率很低，一般都小于15％，消耗的平均功率较低，但瞬间功率却很大，大直径螺柱焊接时，瞬间功率甚至超过300kw，这就要求供电的电源柜（箱）应有足够的容量，以满足螺柱焊接的要求。如果供电电源的容量小，在焊接时，电源电压的降低达到其额定值的15％以下，超过了晶闸管的调压稳流的范围，就很难保证焊接质量，有些焊机甚至按照已设定的电源电压限值强迫停机。架设专线，提高电源柜（箱）的容量或错开用电高峰是解决问题的好办法。
1.2电容放电螺柱焊机
电容放电螺柱焊的特点是时间短，热变形小，很适合薄板的螺柱焊接，在造船、汽车、电控柜、橱柜等行业应用很广。电容放电螺柱焊不用气体保护，操作也比较简单，很适合自动化生产线的要求，所以这种焊接技术已广泛应用于汽车焊接生产线。螺柱焊接的生产率依赖于电容器的充电速度，可以达到8个/分钟（手工焊），60个/分钟（自动焊）。
电容放电螺柱焊有拉弧式和引弧梢式两种。拉弧式电容放电螺柱焊类似于拉弧式短周期电弧螺柱焊，其焊接时间约3～10ms，见表1。引弧梢式电容放电螺柱焊的特点是欲焊螺柱的端面有一引弧尖梢，它又分为接触式和间隙式两种。接触式螺柱焊的焊接时间≤3 ms，而间隙式螺柱焊的焊接时间大约1ms。采用间隙式电容放电螺柱焊，即使焊接铝及其合金也可以不用气体保护。电容放电螺柱焊的焊接时间都是不可调节的。
电容放电螺柱焊的焊接能量依赖于电容器的电容量和充电电压，可按下式进行计算：
W=CU2（1）
式中：W—焊机的额定储存能量，J；
C—电容器组的总电容量，F；
U—充电电压，V。
电容放电螺柱焊的焊接电流的峰值约为1000～10000A，这依赖于电容器的电容量、充电电压和焊接回路的电感和电阻。从安全方面考虑，充电电压一般不超过200V。
电容放电螺柱焊机都应设有限流保护装置或恒流充电装置以及自动放电装置，以保护人身和设备的安全。
1.3焊接极性
一般地讲，焊接黑色金属时，应采用“直流正接”，即螺柱（焊枪）接焊接电源的负极，工件接正极，这样可以增加熔深。因为焊接时，阳极的温度高于阴极的温度。若焊接铜、铝及其合金时，则应“直流反接”，即螺柱接正极，工件接负极。这样可以利用正离子的轰击雾化作用，清除工件表面的氧化层，提高焊接质量。使用电弧螺柱焊机或电容放电螺柱焊机焊接时，其极性都应如此。
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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
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。
螺柱焊机及其焊接工艺 单位：二十二冶市政工程分公司姓名：徐升乾 时间：2010年4月 前言
所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表面之间产生电弧，待接合面熔化时迅速施加压力，完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢，铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。据报道1），日本园柱头焊钉(栓钉)的年焊接量为6000万个，异型棒状焊钉年焊接量为300万个。可见螺柱焊接在日本钢结构建筑中的应用规模。近年来我国经济建设发展迅速，使用螺柱焊接的领域也越来越广泛，因此有必要对螺柱焊接技术和焊接工艺进行深入研究，以便提高焊接质量，推广普及这种焊接技术。 螺柱焊接技术发展到今天，已经成为西方发达国家的一种基本的热加工方法，螺柱（焊钉）的焊接大约有80%以上是通过螺柱焊机完成的。而我国1986年才在成都试制成功第一台螺柱焊机。至于螺柱焊接技术的应用，还是从上世纪的九十年代才逐步展开的，到现在也只有20来年的历史，因此螺柱焊在我国还是一种刚刚兴起的行业，不论焊接设备，还是焊接工艺都与国外有不少差距。分析这种差距，并逐步缩短这种差距，直至赶超世界水平则是我国螺柱焊接行业的神圣使命。 1.螺柱焊机的分类 螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。 表1 电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊的特点
螺柱焊机及其焊接技术 前言 所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表 面之间产生电弧，待接合面熔化时迅速施加压力，完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢，铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。近年来我国经济建设发展迅速，使用螺柱焊接的领域也越来越广泛，螺柱焊接技术发展到今天，已成为一种基本的热加工方法，螺柱（焊钉）的焊接大约有90%以上是通过螺柱焊机完成的。 1.螺柱焊机的分类 螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。 表1 电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊的特点：
注：最低板厚是指避免烧穿的厚度。 1.1 电弧螺柱焊机 电弧螺柱焊机是由焊接电源、控制器、焊枪、地线钳、焊接电缆等部分组成。但大多数焊接设备的焊接电源都与控制器合并为一体，称为主机。比较先进的控制方式是使用微处理器，以便精确设置和适时控制焊接过程中的焊接电流、焊接时间等参数。焊接电源一般为晶闸管控制的或逆变式的弧焊整流器。逆变式的弧焊整流器体积小、重量轻、动特性好，无疑是焊机的首选，但受大功率器件的限制，所以目前大容量的焊机还是以晶闸管控制的弧焊整流器为主。但不论那种结构的焊接电源，其安全要求都应符合ISO14555的规定。用于螺柱焊的直流焊接电源应具有以下特点： a、焊接电源应具有下降的静外特性。只有这样才能维持电弧
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。 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 编辑本段螺柱焊原理分析 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。 编辑本段螺柱焊的特点 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。
螺柱焊工艺 所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表面之间产生电弧，待接合面熔化时迅速施加压力，完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢，铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。据报道1），日本园柱头焊钉(栓钉)的年焊接量为6000万个，异型棒状焊钉年焊接量为300万个。可见螺柱焊接在日本钢结构建筑中的应用规模。近年来我国经济建设发展迅速，使用螺柱焊接的领域也越来越广泛，因此有必要对螺柱焊接技术和焊接工艺进行深入研究，以便提高焊接质量，推广普及这种焊接技术。 螺柱焊接技术发展到今天，已经成为西方发达国家的一种基本的热加工方法，螺柱（焊钉）的焊接大约有80%以上是通过螺柱焊机完成的。而我国1986年才在成都试制成功第一台螺柱焊机。至于螺柱焊接技术的应用，还是从上世纪的九十年代才逐步展开的，到现在也只有20来年的历史，因此螺柱焊在我国还是一种刚刚兴起的行业，不论焊接设备，还是焊接工艺都与国外有不少差距。分析这种差距，并逐步缩短这种差距，直至赶超世界水平则是我国螺柱焊接行业的神圣使命。 1.螺柱焊机的分类 螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器贮存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。 表1 电弧螺柱焊和电容放电螺柱焊的特点 焊接方式焊接时间tw ms 可焊螺柱直径d mm 焊接电流I A 保护方式最低板厚 电弧螺柱焊瓷环保护＞100 3～25 300～3000 瓷环 1/4d但不能小于1mm 气体保护＞100 3～16 300～3000 气体 1/8d但不能小于1mm 短周期焊接≤100 3～12 ≤1500 不保护或气体保护 1/8d但不能小于0.6mm
第2章螺柱焊的过程及工艺参数 螺柱焊的过程 螺柱焊的基本过程是引弧→焊接电弧→顶锻→冷却凝固；在这一过程中，焊接电流、焊接时间以及焊接过程中电弧的形态，对焊接结果有很大影响。 螺柱焊的引弧受程序控制，先是螺钉接触到工件，当按住启动按钮后，焊机首先提供一个微小电流，之后螺钉被提升，在螺钉尖端的铝极与工件之间建立电弧。（说明：铝极是襄嵌在螺柱尖端的一部份铝材料，其作用是便于引弧及还原被氧化的铁。）当建立了电弧之后，焊机自动进入大电流焊接：螺柱端部开始熔化，工件上形成溶池。此时的燃弧过程称焊接电弧阶段。 当到达设定的焊接时间之后，电弧熄灭，螺柱在外力(一般为弹簧力)的作用下，浸入溶池。进入顶锻阶段。 然后，溶池自然冷却凝固，完成焊接过程。 螺柱焊的工艺参数 螺柱焊的工艺参数主要包括极性选取、电流和焊接时间的选择、提升高度、浸入尺寸及速度的调节。首先说明的是，螺柱直径增加时，焊接所需要的能量也增加。 1.极性 极性是指工件到焊接电源的连接方式，以工件为准：工件接正极即为正极性，工件接负即为负极性。 一般的钢质螺钉采用正极性接法。而对于铝及其合金，黄铜材料的螺钉，常采用负极性连接方式。 2.焊接电流与焊接时间 一般情况下，焊接电流正比与螺柱的公称直径。当直径小于16mm时，焊接电流一
般是公称直径的80倍，即10mm的螺钉，使用的焊接电流为800A。当直径超过16mm 时，焊接电流一般取值为公称直径的90倍。当螺钉材料为合金钢时，电流取值减少10%。焊接时间的取值也与直径成比例关系：对于公称直径小于12mm的螺柱，一般取（d为螺柱的公称直径），对于公称直径大于12mm的螺柱，一般取。 如果焊接位置不是平焊，而是横焊或仰焊，一般采用增大电流和减少焊接时间进行焊接。当工件为薄板时，为了不致工件烧穿，也采用增大电流和减少焊接时间的方法。 3.提升高度 对于不同直径形状的螺柱，要求的提升高度是不一样的，提升高度是否合适，要看是否在焊接过程中出现磁偏吹或短路。当提升高度过大时，电弧燃烧不稳定，容易产生电弧漂移和电弧偏吹。提升高度过小时，电弧容易产生短路而断弧。提升高度对于同一端部形状的螺柱来说，正比于其公称直径，一般在~4mm变化. 4.浸入尺寸和浸入速度 一般要求螺柱浸入工件尺寸为3-8mm，且正比于螺柱直径。浸入尺寸取决于螺柱下降时的速度和压力。螺柱下降速度越快，压力越大，则浸入的尺寸越大，此时飞溅越大；反之，则浸入尺寸较小，飞溅较小。但如果螺柱下降速度太小，则螺柱有可能不能浸入溶池，出现焊接不牢的现象。调节浸入速度的方法是调节焊枪阻尼。（调整方法参阅后面有关章节） 表不通螺柱直径的提升高度和浸入尺寸
一螺柱焊的原理与用途 采用螺柱焊的连接方法可将金属螺柱、销钉或类似连接紧固件焊至工件上的焊接方法。 焊接时螺柱被夹持在焊枪的夹持器内，操作者或机器人将焊枪移至焊接位置，螺柱与工件接触。焊枪中的磁力提升机构使螺柱上升与工件脱离接触，控制机构同时在螺柱与工件间施加一引弧电压，在螺柱端面与工件间引出电弧，电弧使螺柱端面与工件熔化。随着螺柱被提升到设定的高度，工件间的电压被加到焊接电压，焊接时间达到预设时间，焊接电压被切断并同时提升机构的电磁铁被断电，螺柱在焊枪的弹簧机构的弹力作用下浸入工件熔化形成的熔池，螺柱将部分液态金属挤出，熔池金属冷却结晶形成螺柱与工件的共同连接接头。 二焊接设备及焊接定位夹具 螺柱焊接系统包括焊接电源、焊接控制器、送料机构、焊枪、手工焊接需采用焊接定位夹具确保螺柱焊接位置的准确。 三焊接工艺参数 根据螺柱的型号、直径，焊接工件的材料、厚度等条件选择下列螺柱焊工艺参数：引弧电压、螺柱提升高度、焊接电压、焊接电流、焊接时间。 四焊接操作 1接通焊机电源，检查焊接电缆是否可靠连接，送料机构里螺柱品种是否正确、数量合适，送钉正常。 2焊接时保证焊枪与工件表面垂直，如不垂直要及时调整焊枪的焊接角度。 3进行焊接。焊接过程中要定期检查螺柱夹持器的烧损情况，及时更换。定期清理防护套内壁上的焊接飞溅。 4焊后清理工件表面上的焊接飞溅。 五. 焊工 焊工必须经过专门的训练并具备下列专业知识和技能： (1)熟悉焊机基本技术性能； (2)熟知焊机维护,使用及调整方法； (3)熟知被焊总成的技术要求,装配要点及使用情况； (4)了解工艺参数的选择原则，协助设备调整人员对工艺参数进行调整。
第2章螺柱焊的过程及工艺参数 2.1螺柱焊的过程 螺柱焊的基本过程是引弧→焊接电弧→顶锻→冷却凝固；在这一过程中，焊接电流、焊接时间以及焊接过程中电弧的形态，对焊接结果有很大影响。 螺柱焊的引弧受程序控制，先是螺钉接触到工件，当按住启动按钮后，焊机首先提供一个微小电流，之后螺钉被提升，在螺钉尖端的铝极与工件之间建立电弧。（说明：铝极是襄嵌在螺柱尖端的一部份铝材料，其作用是便于引弧及还原被氧化的铁。） 当建立了电弧之后，焊机自动进入大电流焊接：螺柱端部开始熔化，工件上形成溶池。此时的燃弧过程称焊接电弧阶段。 当到达设定的焊接时间之后，电弧熄灭，螺柱在外力(一般为弹簧力)的作用下，浸入溶池。进入顶锻阶段。 然后，溶池自然冷却凝固，完成焊接过程。 2.2螺柱焊的工艺参数 螺柱焊的工艺参数主要包括极性选取、电流和焊接时间的选择、提升高度、浸入尺寸及速度的调节。首先说明的是，螺柱直径增加时，焊接所需要的能量也增加。 1.极性 极性是指工件到焊接电源的连接方式，以工件为准：工件接正极即为正极性，工件接负即为负极性。一般的钢质螺钉采用正极性接法。而对于铝及其合金，黄铜材料的螺钉，常采用负极性连接方式。 2.焊接电流与焊接时间 一般情况下，焊接电流正比与螺柱的公称直径。当直径小于16mm时，焊接电流一般是公称直径的80倍，即10mm的螺钉，使用的焊接电流为800A。当直径超过16mm时，焊接电流一般取值为公称直径的90倍。当螺钉材料为合金钢时，电流取值减少10%。焊接时间的取值也与直径成比例关系：对于公称直径小于12mm的螺柱，一般取0.02d（d为螺柱的公称直径），对于公称直径大于12mm的螺柱，一般取0.04d。 如果焊接位置不是平焊，而是横焊或仰焊，一般采用增大电流和减少焊接时间进行焊接。当工件为薄板时，为了不致工件烧穿，也采用增大电流和减少焊接时间的方法。 3.提升高度 对于不同直径形状的螺柱，要求的提升高度是不一样的，提升高度是否合适，要看是否在焊接过程中出现磁偏吹或短路。当提升高度过大时，电弧燃烧不稳定，容易产生电弧漂移和电弧偏吹。提升高度过小时，电弧容易产生短路而断弧。提升高度对于同一端部形状的螺柱来说，正比于其公称直径，一般在
药品追溯 长城汽车股份有限公司企业标准 Q/CC Q/CC G Y041—2010 2010-09-20发布 2010-09-27实施
药品追溯 前言 在白车身焊接工艺中，螺柱焊接质量直接影响着整车的装配，为了提高螺柱焊接质量，○b规范其焊接控制方法，保证和提高整车的装配性，从而编制本标准。 本标准由长城汽车股份有限公司工程院焊装技术部提出； 本标准由长城汽车股份有限公司工程院综合技术部归口； 本标准主要起草单位：工程院焊装技术部； 本标准主要起草人：武万斌、齐庆祝、张彭、王晓阳、朱士超、刘英明。
螺柱焊焊接质量规范○ b 1 范围 本标准规定了白车身螺柱焊接的判断基准、焊接过程注意事项、螺柱焊接的检验方法、检验频次等要求。○b 本标准适用于长城汽车股份公司各制造事业部及子公司所有涉及到螺柱焊作业的部门。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 2.1 储能式螺柱焊 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，在外加压力的作用下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 ms～3 ms，储能式螺柱焊焊接过程见图1。 图1 储能式螺柱焊焊接过程 2.2 拉弧式螺柱焊 拉弧式螺柱焊：螺柱接触工件，通电后利用螺柱夹持机构提升螺柱，此时螺柱与工件之间出现稳定燃烧电弧，电弧热熔化螺柱顶部和工件表面，随后螺柱夹持机构压迫螺柱下沉到工件熔池，断电后形成焊接接头，拉弧式螺柱焊焊接过程见图2。 图 2 拉弧式螺柱焊焊接过程 3 螺柱焊接质量判定标准○b 螺柱焊接质量判定标准见表1。○b 表1螺柱焊接质量判定标准○b 序 号 项目标准图片备注 1虚焊螺柱应完全插入溶池， 螺柱周围焊接均匀 外观
螺柱焊接原理简介 ——供稿人：集团技术管理部刘春峰 螺柱焊接是将直径2－25mm的螺柱或柱状金属高效、低成本、全断面融合地焊接在金属表面的一种特种焊接工艺方法。此项技术的应用可替代一些传统的加工方法，例如：钻孔、攻丝、手工焊接、焊后处理等。 螺柱焊接过程：首先，将焊接螺柱（或柱状金属）放置于焊接母材上；随后，提升焊接螺柱，同时导通电流，在焊接螺柱和焊接母材之间激发电弧，电弧将焊接螺柱端部和焊接母材表面溶化，并形成焊接熔池；接下来，焊接螺柱和焊接母材相对运动，焊接螺柱在一定速度下受控地插入熔池；最后，焊接电流终止，电弧熄灭，同时熔池凝固，焊接过程完成，形成全断面熔合的焊缝。 螺柱焊接优点：①焊缝全断面熔合，提高了焊接部位的安全性； ②焊接在瞬间完成，提高了焊接工作效率；③可适应多种金属材料； ④热影响区小，焊接母材变形小；⑤焊接损伤很小，母材背面没有或只有很小的焊接损伤；⑥保持中空零件的密闭性；⑦实现单面焊接； ⑧操作简便。
螺柱焊接分类：根据焊接的特性和电源原理，我们通常将螺柱焊接分为电容储能式螺柱焊接和拉弧式螺柱焊接，前者焊接在0.003秒内完成，用于在薄板上焊接螺柱，后者焊接时间在0.1-1.5秒内完成，用于在更复杂的环境下焊接螺柱。 电容储能式螺柱焊接具体可分为：①接触式螺柱焊接；②间隙式螺柱焊接。 拉弧式螺柱焊接具体可分为：①陶瓷保护环模式螺柱焊接；②气体保护模式螺柱焊接；③短周期模式螺柱焊接（分为有气体保护和无气体保护二种）。 无论采用哪种螺柱焊接工艺，要想取得理想的焊接效果，都需要我们对以下参数严格控制： 例如：焊接时间，焊接电流，运动的可控性，设备的易操作性，被焊金属材料的成分等。 以下图示了几种常用的螺柱焊接工艺方法： ●接触式电容储能螺柱焊接： 是一种最常用的电容储能螺柱焊接方法（从下图0.001秒开始工作） ●间隙式电容储能螺柱焊接：
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
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、 螺柱焊机、储能式凸焊等。与之相对应的焊机也有所不同，分别为拉弧式 螺柱焊机、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。
螺柱焊机操作规范 一、安全注意事项 使用时请务必遵守下述安全对策，详细情况请阅读说明书正文 l 设备安装不当会导致事故的发生 n 配电设施的选用及配置等事项请遵从法规或贵公司的企业准则。 n 为了避免由于环境潮湿而发生电击伤人和减缓设备绝缘老化，焊机应安放在避免阳光直射、避雨、湿度小、灰尘小、温度在--10~45℃的房间内。 n 设备安放应使焊接电源距墙壁20cm以上，距周围可然物50cm以上，防止因过热而引发事故，以确保安全。 n 确保设备的安全性，安装在台架上时，应充分固定脚轮，以免滑动。 n 请不要将本焊机用于焊接以外的用途。 l 安全操作以防电击 n 请不要触摸带电部位。 n 请有专业资格的人员或内行人对焊机按要求进行安装、检修和保养。并按照法定标准实施接地。
n 不要用破损或潮湿的手套，请使用干燥的绝缘手套。 n 设置或维修时，请一定在切段焊机输入端配电箱的电源开关，并经过3分钟以上放电后进行。即使切断输入电源，电容器仍然被充电，请确认无充电电压后再进行工作。 n 高空作业时务请采取高空作业安全措施，以防电击、跌落。 n 定期维护检查，修理损伤部分再进行使用。 n 当焊机不使用时请切断所有装置电源。 l 服装，安全防护用具的佩戴 n 飞溅会引起眼睛及皮肤烫伤，进行焊接操作或观察时，请使用护目镜或面罩。 n 焊接时请使用保护手套、长袖工作服、脚面遮盖、皮围裙等保护用品。 n 噪音大的场合请使用防音保护用具。 l 规范操作防止机器伤人 n 请勿在拆下机壳的情况下使用焊机。 n 切勿将手指、头发、衣物接触运行中的风扇等旋转部位，以防引起伤害。 n 检修时避免无关人员无意接近焊机。 l 防止因过热引发的火灾和机器烧损。
螺柱焊机及螺柱焊技术 （成都斯达特焊接研究所成都610051） 摘要:文章介绍了螺柱焊机和螺柱焊接工艺参数,并对电弧螺柱焊机的焊接电源、栓钉穿透焊工艺以及我国螺柱焊接技术的现状作了深入的分析，阐述了螺柱焊接技术的发展趋势。 关键词：螺柱焊机螺柱焊接工艺栓钉穿透焊螺柱焊技术发展 所谓螺柱焊是指在金属或类似金属件的端面与另一金属工件表面之间产生电弧，待接合面熔化时迅速施加压力，完成焊接的一种方法。螺柱焊接方法起源于1918年,由于这种焊接新技术具有快速、可靠、简化工序、降低成本等一系列优点，因而引起了世界各国的普遍重视，经过不断地改进和完善，特别是二次世界大战后得到了迅速发展，现已广泛应用到桥梁、高速公路、房屋建筑、造船、汽车、电站、电控柜等行业。可焊接低碳钢、不锈钢、低合金钢，铜、铝及其合金材质的螺柱、焊钉、销钉、栓钉等。 1螺柱焊机的分类 螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容器储存的能量瞬间放电而进行焊接。两种焊接方式的特点及应用情况见表1。 1.1 电弧螺柱焊机 电弧螺柱焊机是由焊接电源、控制器、焊枪、地线钳、焊接电缆等部分组成。但大多数焊接设备的焊接电源都与控制器合并为一体，称为主机。比较先进的控制方式是使用微处理器，以便精确设置和适时控制焊接过程中的焊接电流、焊接时间等参数。焊接电源一般为晶闸管控制的或逆变式的弧焊整流器。 用于螺柱焊的直流焊接电源应具有以下特点： a、焊接电源应具有下降的静外特性。只有这样才能维持电弧的稳定性，保证焊接质量。 b、焊接电源应有引弧电流（40～50A）和较高的空载电压（70～100V），以确保100％的引弧成功率，对于大直径的螺柱焊接，其空载电压甚至超过100V。只有这样才能满足提升高度较大时的需求。 c、要有较高的负载电压。按弧焊电源下降特性的定义，当焊接电流≥600A时，
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）。 第三种电弧法螺柱焊称作短周期螺柱焊（short cycle stud welding）或短时螺柱焊（short time stud welding）。焊接电弧经过了电流波形调制，由较小的先导电弧电流及较大的焊接电弧电流两部分组成。因而是短时阶段稳定或不稳定电弧法螺柱焊。短周期螺柱焊的供电电源一般由两个并联的电源分别先后给先导电弧及焊接电弧供电。可以是两个弧焊整流器（可控或不控），也可以是整流器和电容器组，只有采用逆变电源是才可以不用双电源并联。 三种基本焊接方法各有不同的焊接特点及不同的最佳应用领域如表8-1所示。
如何提高螺柱焊接工艺水平，进行优质螺柱焊接生产 螺柱焊接作为一种历史不是很久的焊接工艺(和其他焊接相比),在中国广大工矿企业中得到普及使用也只有10年多的历史。通过多年的调查统计，目前国内的螺柱焊接生产还是处于粗旷式的生产，虽然进口螺柱焊机得到广泛使用，但普遍存在使用不当，螺柱焊接生产质量不高，内耗严重的情况。本文是根据我们泰勒公司40多年的技术积累和实践经验，就螺柱焊接生产中常见的技术问题进行分析归纳和总结，并给出解决方案，以提高广大国内客户螺柱焊接生产的质量和效率。 一螺柱焊机使用中焊钉焊不住的技术分析 螺柱焊钉焊不住原因有很多种，以下将尽可能全面的进行螺钉焊不住的情况分析及解决方法： 焊枪调整不正确 大约80%的螺钉焊不住的情况都出自于焊枪参数调整不正确，尤其在铝钉螺柱焊接时更为明显。螺柱焊枪参数调整分为压力参数调整及提升参数调整。 解决方案：根据焊机说明书调整。 电压调整不正确 如果电压参数与螺钉规格不匹配，也会造成焊不住的情况。 解决方案： 根据实际焊接效果微调电压参数，直到达到要求的焊接效果。 螺钉材质影响 此种情况的发生也较为普遍，由于螺钉生产厂商的螺钉质量参差不齐，不排除某些厂商为降低生产成本而采用不符合标准的材料。 解决方案：使用符合ISO13918标准的螺钉。 磁偏吹影响 磁偏吹的影响较多出现在拉弧式螺柱焊接时，储能式螺柱焊接时较少出现。 解决方案：参见ISO14555焊接标准。 母材放置不稳 此原因出自用户本身，与其他因素无关，但也不能被忽视。 解决方案：更换母材夹具，使母材固定不动。 接地钳松动 此种问题可能会引起接地钳钳口打火，从而将接地钳钳口烧变形造成接地钳报废。
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 螺柱焊机操作规范(通用版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
螺柱焊机操作规范(通用版) 一、安全注意事项 使用时请务必遵守下述安全对策，详细情况请阅读说明书正文l设备安装不当会导致事故的发生 n配电设施的选用及配置等事项请遵从法规或贵公司的企业准则。 n为了避免由于环境潮湿而发生电击伤人和减缓设备绝缘老化，焊机应安放在避免阳光直射、避雨、湿度小、灰尘小、温度在—10~45℃的房间内。 n设备安放应使焊接电源距墙壁20cm以上，距周围可然物50cm 以上，防止因过热而引发事故，以确保安全。 n确保设备的安全性，安装在台架上时，应充分固定脚轮，以免滑动。 n请不要将本焊机用于焊接以外的用途。
l安全操作以防电击 n请不要触摸带电部位。 n请有专业资格的人员或内行人对焊机按要求进行安装、检修和保养。并按照法定标准实施接地。 n不要用破损或潮湿的手套，请使用干燥的绝缘手套。 n设置或维修时，请一定在切段焊机输入端配电箱的电源开关，并经过3分钟以上放电后进行。即使切断输入电源，电容器仍然被充电，请确认无充电电压后再进行工作。 n高空作业时务请采取高空作业安全措施，以防电击、跌落。 n定期维护检查，修理损伤部分再进行使用。 n当焊机不使用时请切断所有装置电源。 l服装，安全防护用具的佩戴 n飞溅会引起眼睛及皮肤烫伤，进行焊接操作或观察时，请使用护目镜或面罩。 n焊接时请使用保护手套、长袖工作服、脚面遮盖、皮围裙等保护用品。
5.11螺柱焊设备及附件 5.11.1总体要求： -- 采用拉弧式非气体保护焊。 -- 所有货物及备件要求为原装进口。 -- 适用于镀锌钢板、普通钢板及高强钢板上的螺柱焊接。 -- 保证螺柱焊接后垂直于工件，焊后接头可靠,工件不变形。 -- 要求对螺柱焊数量有计数功能，焊接螺柱数量能设置并在计数器上显示。如实际焊接树与设定不符，声光报警。 -- 螺柱与工件在垂直范围内（螺柱和板件垂直方向之间的角度偏差小于3°）才能焊接。 -- 设备与机器人系统采用PROFIBUS进行通讯。 -- 焊接不合格率要保证小于0.05%。 -- 设计固定支架和平衡器等，用于固定送钉管及电缆等。 -- 保护等级：IP21以上 -- 主机应配备轮子。 -- 螺柱焊设备调试数据包由机器人投标方协助开发完成。 5.11.2自动螺柱焊控制器（含电源） -- 具备防止电压波动对焊接质量影响的能力，具有抗电磁干扰的能力，能够自动补偿电网电压波动。 -- 每台控制器至少可以同时接5把焊枪，每把焊枪均可单独编程（设定不同焊接参数）。 -- 可通过外部编程器，直接设定焊接电流、焊接时间等所有焊接参数。 -- 数字设定焊接电流和焊接时间，能实时中文显示监控所有重要操作结果及预设参数。 -- 对二次输出焊接参数进行实时反馈，补偿，保障焊接质量。 -- 焊接参数偏离设定值时，系统具有自诊断功能，自动报警功能。 -- 具有防重复焊接装置。 -- 具有螺柱识别功能，防止误焊，出现螺柱与实际不符，声光报警。 -- 具有过载保护装置。
-- 根据需要配置2-6根地线，电缆规格根据设备厂家推荐尺寸。 5.11.3螺柱送料器 -- 保证信号的正确性以及快速性并可避免电磁干扰。 -- 具有手动和自动功能，便于工作状态的维修及故障排除。 -- 能自动监控螺柱是否需要补充，可人工设定。 5.11.4全自动螺柱焊枪 -- 具有防堵塞装置，保证稳定的自动送料和接料。 -- 螺柱焊枪、自动送钉枪的工作范围：送钉管长度满足工艺使用要求。-- 焊枪的提升及下落动作应精确到0.1mm以内。 -- 采用伺服方式送钉焊接。 -- 能对送钉功能进行空焊测试。 --最高焊接速度：≥30个/min。
螺柱焊工艺规程 目录 一螺柱焊的原理与用途 二焊接设备及焊接夹具 三焊接工艺参数 四焊接操作 五焊工 六焊接质量及检查 拟定：于立建审核：刁立新 校对：赵起超批准：安铁成 焊装车间：修俊一
一螺柱焊的原理与用途 采用螺柱焊的连接方法可将金属螺柱、销钉或类似连接紧固件焊至工件上的焊接方法。 焊接时螺柱被夹持在焊枪的夹持器内，操作者或机器人将焊枪移至焊接位置，螺柱与工件接触。焊枪中的磁力提升机构使螺柱上升与工件脱离接触，控制机构同时在螺柱与工件间施加一引弧电压，在螺柱端面与工件间引出电弧，电弧使螺柱端面与工件熔化。随着螺柱被提升到设定的高度，工件间的电压被加到焊接电压，焊接时间达到预设时间，焊接电压被切断并同时提升机构的电磁铁被断电，螺柱在焊枪的弹簧机构的弹力作用下浸入工件熔化形成的熔池，螺柱将部分液态金属挤出，熔池金属冷却结晶形成螺柱与工件的共同连接接头。 二焊接设备及焊接定位夹具 螺柱焊接系统包括焊接电源、焊接控制器、送料机构、焊枪、机器人等。 手工焊接需采用焊接定位夹具确保螺柱焊接位置的准确。 三焊接工艺参数 根据螺柱的型号、直径，焊接工件的材料、厚度等条件选择下列螺柱焊工艺参数：引弧电压、螺柱提升高度、焊接电压、焊接电流、焊接时间。 四焊接操作 1接通焊机电源和压缩空气气路，检查焊接电缆是否可靠连接，送料机构里螺柱品种是否正确、数量合适，送钉正常。 2焊接时保证焊枪与工件表面垂直，如不垂直要及时调整焊枪的焊接角度。 3进行焊接。焊接过程中要定期检查螺柱夹持器的烧损情况，及时更换。定期清理防护套内壁上的焊接飞溅。 4焊后清理工件表面上的焊接飞溅。 五.焊工 焊工必须经过专门的训练并具备下列专业知识和技能： (1)熟悉焊机基本技术性能； (2)熟知焊机维护,使用及调整方法； (3)熟知被焊总成的技术要求,装配要点及使用情况；