螺柱焊机及其焊接工艺（二）

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　　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。

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　　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)。

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　　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≤3ms，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)

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　　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。

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　　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。

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　　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。

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　　1.3焊接极性

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　　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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　　2.电弧螺柱焊的焊接工艺参数

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　　电弧螺柱焊的焊接工艺参数有焊接电流、焊接电压、焊接时间、提升高度、伸出长度、插入速度等。

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　　a、焊接电流主要根据螺柱的直径进行调节，大约为300～3000A。对于非合金钢，在已知螺柱直径d时，可以用下式估算焊接电流2)：

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　　I(A)=80×d(mm)d≤16mm(2)I(A)=90×d(mm)d＞16mm(3)

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　　对于合金钢，其焊接电流大约比上式计算值少10%。短周期电弧螺柱焊的焊接电流(600～1500A)与电源有关，是固定的，因此，焊接能量仅依赖于焊接时间。

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　　b、电弧电压与焊接电流的关系是由焊接电源的静外特性决定的。电弧电压主要取决于提升高度和焊接电流，其值一般为20～40V。焊接时，工件表面上的油或油脂会增加弧压，而惰性气体则会降低电弧电压。

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　　c、对于平焊(工件焊接平面平行于地平面)，其焊接时间可用下式进行估算：

　　tw(s)=0.02×d(mm)d≤12mm(4)tw(s)=0.04×d(mm)d＞12mm(5)

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　　对于横焊(工件焊接平面垂直于地平面)，其焊接时间应该减小。短周期焊接时间小于100ms，这不仅依赖于螺柱直径，而且还与电流强度有关。

　　d、焊柱的提升高度正比于螺柱的直径，大约为1.5～7mm。提升高度主要是为了防止熔滴过渡时造成短路而影响电弧的稳定性及焊缝质量。维持电弧的稳定，为焊接提供足够的能量至关重要。因为弧柱的温度远比阳极或阴极的温度要高。穿透焊接时，要加大提升高度，利用电弧的高温迅速烧穿镀锌板，以获得满意的接头。当然增加提升高度也有害处，一方面会增加电弧的长度，使之更易受磁场的影响，发生磁偏吹；另一方面也会增加焊缝的气孔。

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　　e、螺柱的伸出长度正比于螺柱的直径，一般为1～8mm。当使用瓷环对熔池进行保护时，也与要求的焊缝四周焊脚的形状有关。当要求周边的焊脚高而宽时，螺柱的伸出长度应该增加，反之则可以减小。

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　　螺柱的伸出长度实际上是螺柱的熔化长度。此值若设计的过长，在螺柱提升后螺柱端面与工件之间的距离过短，使之无法形成稳定的电弧，造成大量的金属飞溅并出现夹渣缺陷；反之若螺柱伸出长度过短，金属熔化量不足，其焊缝成型肯定不良。

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　　f、螺柱插入熔池是采用挤压的方式，在焊缝成型前的瞬间将熔化的有害物质挤出焊缝，以便形成良好的焊接接头。但插入速度又不可太快，以防止形成大量的喷溅。螺柱的插入速度，当螺柱的直径d≤14mm时，大约为200mm/s；当d＞14mm时，为100mm/s。

　　焊枪一般都带有可调节的阻尼装置，以满足上述要求。螺柱焊接时，金属的熔化量正比于伸出长度和螺柱的直径，因此大直径螺柱焊接时，因金属熔化量多，应该调低螺柱的插入速度，以减小这种喷溅。