引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，螺柱焊工藝的使用越來越廣泛。螺柱焊工藝具有快速可靠、低成本等優(yōu)點(diǎn)，可替代鉚接、鉆孔、釬焊等螺柱連接工藝，可焊接多種金屬材料。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、建筑等行業(yè)。并在不銹鋼城鐵客車的生產(chǎn)制造中逐漸得到應(yīng)用。現(xiàn)階段螺柱焊主要用于車體鋼結(jié)構(gòu)大部件或輔助連接安裝等部件上。

2 螺柱焊的基本原理

螺柱焊基本原理是在待焊螺柱與工件間引燃電弧，當(dāng)螺柱與工件被加熱到合適溫度時，在外力作用下，螺柱送入工件上的熔池中形成焊接接頭，從而形成牢固的連接。

3 螺柱焊機(jī)的分類

根據(jù)焊接電源的不同，螺柱焊機(jī)可分為拉弧螺柱焊機(jī)和電容放電螺柱焊機(jī)兩類。拉弧螺柱焊機(jī)又分為短周期和帶陶瓷箍套或保護(hù)氣體的拉弧螺柱焊機(jī)，電容放電螺柱焊機(jī)按照焊槍的配置不同，又分為接觸式和間隙式兩種。

4 城鐵客車中應(yīng)用工藝性分析

不銹鋼城鐵中使用的不銹鋼材質(zhì)一般為奧氏體型不銹鋼且為薄板，所用螺柱直徑一般不大于 12mm。對于該條件，短周期拉弧螺柱焊和電容放電螺柱焊更適合，短周期拉弧螺柱焊的板厚可以到 0.6mm。電容放電螺柱焊可以到 0.5mm。目前在不銹鋼城鐵客車的生產(chǎn)制造中，主要采用短周期拉弧螺柱焊完成螺柱焊接，短周期拉弧螺柱焊與電容放電螺柱焊相比，螺柱與工件金屬熔化量比電容放電螺柱焊接的更多，熔深較深，螺柱所能承受的強(qiáng)度也更大。

5 短周期拉弧螺柱焊工藝技術(shù)

5.1 組成及結(jié)構(gòu)

拉弧式螺柱焊機(jī)主要由焊接電源、控制系統(tǒng)、焊槍、地線鉗等部分組成。一般控制系統(tǒng)與電源合二為一。一般焊接主電源應(yīng)具有預(yù)引弧電流、較高的空載電壓、較高的負(fù)載電壓、內(nèi)阻抗較小等功能和特點(diǎn)。焊接用電纜應(yīng)符和 ISO14555中規(guī)定的截面積配制。

5.2 工藝參數(shù)

5.2.1 電弧電壓電弧電壓主要取決于上升高度和焊接電流，一般為20-40V，如工件表面存在油污等雜質(zhì)，電弧電壓會變大，導(dǎo)致焊接電流發(fā)生變化，同時易產(chǎn)生氣孔等缺陷，作業(yè)前需對工件表面進(jìn)行除臟，利于電流、電壓穩(wěn)定。

5.2.2 焊接電流

焊接電流主要根據(jù)螺柱的直徑選定，各種不同機(jī)型能調(diào)節(jié)的范圍也不同，在 300-3000A 內(nèi)連續(xù)可調(diào)，就非合金鋼而言，焊接電流和螺柱直徑的關(guān)系為：

I=（75-85）d 用于螺柱直徑不大于 16mm 時；

I=（85-95）d 用于螺柱直徑大于 16mm 時；對于合金鋼，焊接電流相應(yīng)地降低 10%左右。在實(shí)際的焊接中要視板厚和強(qiáng)度要求調(diào)節(jié)。

5.2.3 焊接時間

焊接時間 Tw 單位以毫秒（ms）計(jì)量，又稱焊接電流持續(xù)時間。主要影響焊接熱輸入量。可用下面公式進(jìn)行估算：

Tw=（2-3）d 螺柱直徑不大于 12mm；

Tw=（4-5）d 螺柱直徑大于 12mm；

預(yù)引弧電流很大程度上決定了母材的熔深。預(yù)引弧電流一般為 40-50A，可調(diào)范圍較窄。一般預(yù)引弧電流是固定的，短周期焊接電源的預(yù)引弧時間約為 40-100ms。

5.2.4 突出距離

突出距離是維持穩(wěn)定的焊接電弧和獲得良好焊縫外觀成形的一個重要的焊接參數(shù)。它與螺柱直徑成正比，一般為1-8mm。

5.2.5 上升高度

上升高度即螺柱提升后末端距工件的距離，也與螺柱直徑成正比，經(jīng)驗(yàn)值約為 1.5-8mm。合理的上升高度能有效防止因熔滴過渡時短路所造成的電弧不穩(wěn)和焊縫質(zhì)量不佳。

5.2.6 保護(hù)方式

螺柱焊接的保護(hù)方式主要有無外加保護(hù)、氣體保護(hù)和陶瓷箍套保護(hù) 3 種。短周期拉弧螺柱焊在螺柱直徑小于 6mm 時一般采用無外加保護(hù)方式或陶瓷箍套保護(hù)方式保護(hù)，一般氣體保護(hù)一般采用氬氧混合氣或氬二氧化碳混合氣等；無外加保護(hù)表面氧化嚴(yán)重，且易出現(xiàn)氣孔等缺陷。焊接電流、焊接時間、上升高度、突出距離是拉弧式螺柱焊的主要參數(shù)，實(shí)際中應(yīng)根據(jù)螺柱直徑、母材厚度、材質(zhì)等匹配。需多次生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，對外觀、彎曲、拉伸、抗扭等方面綜合判斷，調(diào)節(jié)出適合的參數(shù)。

6 焊后檢驗(yàn)

在螺柱焊完成后要對其進(jìn)行焊接檢驗(yàn)，用于驗(yàn)證螺柱的焊接質(zhì)量，對于短周期拉弧螺柱（d≤12mm）一般進(jìn)行目測檢測、60°彎曲、宏觀金相、扭矩等實(shí)驗(yàn)，用以驗(yàn)證質(zhì)量。扭矩實(shí)驗(yàn)：螺柱本身根部發(fā)生斷裂，螺柱斷裂后所得到的力矩應(yīng)大于設(shè)計(jì)力矩值，視為合格。60°彎曲實(shí)驗(yàn)：采用錘擊或沖擊的方法對螺柱施加外力，使螺柱與工件成 30°銳角，并不發(fā)生斷裂或母材撕裂。視為合格。目測檢測：焊縫規(guī)整、圓滑，無裂紋、氣孔等缺陷。宏觀金相實(shí)驗(yàn)：螺柱與工件融合線圓滑過渡，無氣孔、未焊透、未熔合等缺陷。

7 結(jié)論和建議

通過對螺柱焊在不銹鋼城鐵車體上應(yīng)用的分析和實(shí)驗(yàn)說明得出如下結(jié)論和建議：

（1）螺柱焊操作簡單、適用性強(qiáng)，適合多種材料焊接、接頭強(qiáng)度高同時變形量小，適用于 0.6mm 以上板厚的焊接。

（2）用于不銹鋼車體上的螺柱焊一般選用短周期拉弧螺柱焊，不需要鉆孔、沖孔、車螺紋、鉚接、擰螺紋和精整等步驟。

（3）螺柱焊的工件是從一側(cè)焊接。能在全位置焊接，借助于擴(kuò)展器可以焊接到受限制的垂直隔板上，適用性強(qiáng)。

（4）批量生產(chǎn)工件時，螺柱焊可達(dá) 8-40 個/min，若采用自動送料可達(dá)到 60 個/min，因此可根據(jù)實(shí)際情況對設(shè)備進(jìn)行選擇。

（5）標(biāo)準(zhǔn)的螺柱成本較低，同時螺柱焊設(shè)備也具有多種類型，設(shè)備的購置費(fèi)用相對較低。根據(jù)情況可制成自動焊機(jī)。