拉弧式與儲能式螺柱焊機的性能比較分析

深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院  劉孫東

       螺柱焊接機是一種將螺柱通過焊槍，直接焊接在母材上的一種焊接設(shè)備。使用螺柱焊機焊接螺柱，在柱焊接過程中，不需要填充料，焊接直徑較小的焊釘時，也不需要任何保護，是一種焊接工藝簡單，焊接牢固度好，焊接成本低，焊接效率高的焊接方式。這種焊接方式最早流行于歐美，近些年才開始在我國推廣，而且使用還不夠廣泛。但隨著我國螺柱焊機制造水平的不斷提高，以及螺柱焊機使用效果逐漸被更多的人所認識，螺柱焊機必將在我國得到廣泛使用。為了普及螺柱焊機知識，讓更多的人了解各種螺柱焊機的性能就很有必要。

      一、拉弧式和儲能式螺柱焊機的基本特性

      1、拉弧式螺柱焊機的基本特性：

      拉弧式螺柱焊機按照機器的工作頻率不同，可分為工頻拉弧式螺柱焊機和IGBT高頻逆變拉弧式。工頻拉弧式螺柱焊機的工作原理是：輸入三相380V電流，經(jīng)大功率工頻變壓器降壓，轉(zhuǎn)換成   60-90V、50赫茲的交流電；然后經(jīng)可控硅和二極管進行整流，形成50-90V的脈動直流電，成為拉弧式螺柱焊機的焊接電源。輸出電流的大小，可通過調(diào)整可控硅導(dǎo)通角來完成。高頻拉弧式螺柱焊機的工作原理是：輸入三相380V交流電，經(jīng)整流器整流、濾波后形成540V的直流電，然后經(jīng)過IGBT逆變器，生成方波。方波經(jīng)過整流，送到高頻降壓變壓器，經(jīng)過快速二極管整流，變成50-90V脈動的直流電，成為拉弧式螺柱焊機的焊接電源，輸出電流的大小，可通過軟件程序調(diào)制脈寬來控制。

      拉弧式螺柱焊機是一種在螺柱焊接時，首先由機器產(chǎn)生的一股小電流引弧，在這股小電流將焊接母材表面的各種附著物燃燒清除后，再由機器產(chǎn)生一股大電流，將螺柱焊接在母材上的一種焊接方式。拉弧式螺柱機的短周期焊接過程示意圖如下（圖一）：

      拉弧式螺柱焊機按其焊接過程所需要的時間長短，可分為短周期拉弧和長周期拉弧兩種。短周期拉弧即焊接的時間較短，一般在200毫秒以內(nèi)，適用于薄板（5mm以下）和直徑較小（10mm以下）的焊釘之間的焊接；長周期拉弧的焊接周期較長，最長可達2000毫秒，適用于板厚（2mm以上）和直徑較大（10mm以上）的焊釘之間的焊接。短周期螺拉弧的柱焊接主要適用于汽車、輪船和五金制造等行業(yè)；長周期拉弧的螺柱焊接主要適用于建筑、橋梁和鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)。

                               短周期拉弧式螺柱焊機焊接示意圖（圖一）

     2、電容儲能式螺柱焊機的基本特性：

     電容儲能式螺柱焊機的工作原理是：輸入單項220V的電流，先由電容進行儲能，然后由控制系統(tǒng)控制電容放電，放電的電壓的高低，可根據(jù)焊接需要進行調(diào)節(jié)，在電容放電的瞬間，將裝在焊槍上的螺柱焊接在母材上。

電容儲能式螺柱焊機是一種在螺柱焊接時，由螺柱前端專門設(shè)計的引弧點引弧燃燒，同時將螺柱焊接在母材上的一種焊接方式。電容儲能式螺柱焊機的焊接過程示意圖如下（圖二）：

                                    電容儲能式螺柱焊機焊接示意圖

      電容儲能螺柱焊接，一般焊釘前端的引弧點大小為直徑0.8mm，長度0.8mm；電容的放電時間在4毫秒mm。由于受引弧點大小和放電時間的影響，電容儲能焊接一般適用于薄板和小釘之間的焊接。具體說，焊接板厚在5mm以內(nèi)，焊釘直徑在10mm以內(nèi)，再大的焊釘和再厚的板材焊接起來就很困難，就是再大的電容的容量和電壓也難以湊效。

二、拉弧式螺柱焊機和電容儲能式螺柱焊接在焊接工藝上的區(qū)別

拉弧式螺柱焊機和電容儲能式螺柱焊機由于其工作原理不同，因此，在焊接工藝上有著本質(zhì)的區(qū)別。

      第一， 二者使用的焊釘樣式不同。

      拉弧式螺柱焊機使用的焊釘為較為普通的焊釘，要求焊釘?shù)牟馁|(zhì)盡可能與母材的材質(zhì)一致或接近，焊釘?shù)暮附拥亩嗣嬗?到5度的錐度；而電容儲能式螺柱焊機除了材質(zhì)和焊釘焊接端面的要求與拉弧式螺柱焊機相同外，還要求焊釘?shù)暮附佣嗣嬉幸粋€0.8*0.8mm的引弧點。

拉弧式螺柱焊機使用的焊釘與電容儲能式螺柱焊機使用的焊釘樣式如圖（圖三）：

      
       第二，二者對焊釘?shù)闹睆揭蟛煌?/p>

       第三，二者對焊接母材表面的要求不同。

       拉弧式螺柱焊機對焊接母材的要求不嚴格，只要焊接母材的表面能導(dǎo)電，即使焊接的表面有輕微的銹蝕，有油污，有金屬鍍層，有其他雜質(zhì)，也不會影響焊接；而電容儲能式螺柱焊機對焊接母材的要求就比較嚴格，如果焊接母材的表面有銹蝕、油污、雜質(zhì)等，導(dǎo)致焊接表面電阻增大，都無法焊接或焊不牢。如果焊接母材表面的金屬鍍層較厚，比如鍍鋅層較厚就很難焊接，甚至根本無法焊接。

       第四，二者對焊接母材的厚度要求不同。

       拉弧式螺柱焊機對焊接母材的厚度要求不嚴格，目前國內(nèi)生產(chǎn)的“DSP高頻逆變拉弧式螺柱焊機”，可以將直徑為6mm的焊釘焊接在板厚0.4mm的母材上，焊接點的背面也完好無損；將直徑6mm的焊釘焊接在板厚20mm的母材上，也焊得很牢。當然，對于拉弧式螺柱焊機對焊接母材的厚度要求也不是沒有限制，對于短周期螺柱焊接，最薄的母材厚度要大于0.4mm,且在母材厚度在0.4mm的情況下，焊釘?shù)暮附佣嗣嬷睆讲怀^6mm，否則焊接面將會被焊穿。對于長周期拉弧式螺柱焊接，焊釘?shù)闹睆脚c母材的厚度之間要大于5比1；即焊釘?shù)闹睆綖?5mm，焊接母材的厚度要大于3mm，否則有焊穿的危險。

電容儲能式螺柱焊機對焊接母材的厚度要求比較嚴格，尤其是焊接母材不能太厚，將直徑10mm的焊釘焊接在10mm厚的板材上，即使加大電容儲量也是比較困難的。

       第五，二者焊接熔深不同   

       拉弧式螺柱焊機焊接的熔池較深，短周期焊接熔深根據(jù)焊釘直徑和母材厚度不同一般大于0.1mm；長周期焊接熔深根據(jù)焊釘直徑和母材厚度不同一般大于0.3mm；并且拉弧式螺柱焊接都會在已經(jīng)焊接的螺柱周圍形成比較有規(guī)則的焊縫成型，大大增加了焊接強度。電容儲能式螺柱焊機焊接的熔深較淺，一般都小于0.2mm。即使焊接母材較厚，也不會增加多少熔深。

       三、拉弧式螺柱焊機與電容儲能式螺柱焊機的焊接效果比較

       在試驗過程中，我們在1.0厚且表面比較清潔的普通鋼板上分別焊接材質(zhì)相同的直徑為6mm的鍍銅焊釘，其扭力測試的效果是相同的。將該焊接工件放入H2SO4含量為15%的硫酸稀釋液中浸泡240小時后，進行拔釘試驗，其結(jié)果是:拉弧式焊接的焊釘拔出的孔徑比較一致，且焊接仍然牢靠，母材與焊釘之間無脫離；而電容儲能式焊接的焊釘拔出的孔徑不夠一致，母材與焊釘之間有脫離和銹蝕現(xiàn)象。對于2mm的薄板，用拉弧式螺柱焊機焊接直徑為6mm螺柱，焊接點背面會有明顯的痕跡，表現(xiàn)為顏色改變；0.6mm的薄板，用拉弧式螺柱焊機焊接直徑為6mm螺柱，焊接點背面不僅會有明顯的痕跡，表現(xiàn)為顏色改變，而且還會發(fā)生變形，表現(xiàn)為有稍微突出的現(xiàn)象。而同樣用電容儲能式螺柱焊機焊接直徑為6mm的螺柱，對于2mm的薄板，焊接點背面幾乎看不見任何有被焊接過的現(xiàn)象；對于0.6mm的薄板，雖然背面有輕微的顏色改變，但沒有發(fā)生任何形狀的變化。當然，對于焊接母材的表面銹蝕比較重，或油污較多，或鍍鋅層較厚的，用拉弧式螺柱焊機可以照樣焊接，電容儲能式螺柱焊機就為之嘆息了。

       四、拉弧式螺柱焊機與電容儲能式螺柱焊機的長處和短處比較

       1.拉弧式螺柱焊機的長處和短處

       拉弧式螺柱焊機長處：一是可以焊接從直徑2mm-30mm的焊釘；二是焊接母材厚度最薄0.4mm，再厚的母材都能焊接；三是對焊接母材表面的要求不是很嚴格，有鍍層，有油污、有銹蝕，都不影響焊接；四是螺柱與母材熔合好，焊縫成形好，耐久性好。短處是：對于焊接母材較薄的，其焊點背面焊接地痕跡比較明顯，在焊接薄板時，對母材焊接背面要求比較嚴格的不能采用。

       2電容儲能式螺柱焊機的長處和短處

       電容儲能式螺柱焊機的長處：一是由于焊熔深較淺，在焊接母材較薄的情況下，相對于拉弧式焊接，焊點背面出現(xiàn)的焊痕要好的多；二是機器的價格便宜，與拉弧式螺柱焊機相比，功率大體相同，價格僅是拉弧式螺柱焊機的幾分之一。短處：一是焊釘直徑不能大，一般10mm即可，再大就影響焊接牢度；二是焊接母材不能太厚，尤其是焊接直徑大于8mm的焊釘，母材厚度超過5mm，焊接起來就比較困難；三是要求焊接母材表面清潔度好，對于鍍鋅層較厚、油污較多、銹蝕較多的材料，焊接起來效果都不好，甚至根本不能焊接；四是由于電容儲能式螺柱焊接地熔深較淺，加上焊接時不能很好地清除母材表面的雜質(zhì)，焊接好的螺柱耐久性不如使用拉弧式焊接的好。

       五、拉弧式螺柱焊機和電容儲能式螺柱焊機的運用范圍

       拉弧式螺柱焊機可焊接普碳鋼、不銹鋼、銅材、鋁材等，適用于汽車和船舶制造、五金制造、機箱機柜、建筑橋梁、鋼結(jié)構(gòu)工程等；電容儲能式螺柱焊機同樣可以焊接普碳鋼、不銹鋼、銅材、鋁材等，適用于五金制造、機箱機柜等。