螺柱焊的过程及工艺参数.doc

拉弧式螺柱焊理论基础与应用FILENAME螺柱焊的过程及工艺参数.doc

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。
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1.5~4mm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2.1不通螺柱直径的提升高度和浸入尺寸
螺柱直径
/mm提升高度
/mm浸入尺寸
/mm浸入速度
/mm·s-16
8
10
131.0
1.0
1.5
1.53.0
3.5
4.0
4.0约20016
19
222.0
2.5
3.05.0
5.5
6.5约100
2.3螺柱焊时的磁偏吹
螺柱焊的电弧对焊接结果具有重要意义，原因是螺柱焊时瞬间电流很大，产生了很强的磁场。另外，过热的空气和陶瓷环产生的气流也对电弧产生影响。这两个因素都会导致电弧沿螺柱轴线发生偏移，从而造成电弧偏吹，其结果是栓钉单边熔化，顶锻后由于热胀冷缩不对称发生偏斜。
通常情况下，由于磁场分布不均而引起的“磁偏吹”影响较大，磁偏吹发生时，严重影响焊接质量和合格率，有的几乎不能正常进行焊接。
彻底消除螺柱焊时的“磁偏吹”现象几乎是不可能的，人们只能从以下几种方法中选择一两种方法来降低其影响。
1、在电弧偏吹背向端接入地线
接地端在生产过程中总是预先接好，在焊接过程中，由于工件慢慢被磁化，将发生电弧向接入端的另一面偏移。此时应尽早接入另一根规格相同的地线，长度相同，以防止工件被磁化而发生磁偏吹。如下图2-2所示：

图2-2在工件两端接入地线减小磁偏吹
2、结构的影响
当电弧两面为非对称结构时，磁偏吹会偏向质量（重量）较大的一面。这是因为质量较大的一面将会被更大强度地磁化，从而对电弧产生引力，当发生这一现象时，应从结构上进行修正，设计者应考虑螺柱焊施工的要求，在无法避免的情况下，焊接时应注意加入“引铁”。如图2-3所示

图2-3在磁偏吹的背向端加入“引铁”减小磁偏吹
加入“引铁”的目的是“吸引”电弧，引铁常常加工成半圆形，厚度30mm左右，重量约为1Kg（可根据实际情况稍微做调整）。
焊接工装尽量采用非磁性材料。
焊接过程中经常使用一些工具，为防磁化和影响焊接效果，尽量使用塑料制品、铝、奥氏体不锈铜和铜质材料。
4、焊枪电缆也会影响电弧
焊枪电缆（尾线），在阴影区的面积越小，导致磁偏吹越严重，建议焊