薄壁螺柱焊焊接質量工藝改善方法

螺柱焊是一種廣泛運用于汽車、船舶、工程制造等領域的焊接工藝。其主要起到固定連接作用，因而需要具有一定的位置精度及結合強度要求。若螺柱焊焊接質量達不到要求，將導致工件脫落，無法滿足最終裝配要求。尤其對于薄壁異形工件，焊接電流的波動將直接影響焊接質量，當焊接電流大時會導致焊透、擊穿現象;電流小時會導致虛焊、氣孔現象。

1螺柱焊原理及方式

1.1焊接原理。

目前螺柱焊焊接主要通過兩種原理實現:尖端引弧式(電容儲能式)和拉弧式。儲能式螺柱焊焊接需要將設置好的能量額度沖入電容內，隨后焊接時，能量從電容中一次性全部釋放，用于焊接，焊接時間為1-5毫秒。儲能式螺柱焊的焊接能力有限，一般運用于焊接直徑3-10毫米的螺柱。而拉弧式螺柱焊焊接通過變壓器/整流器降壓后直接放電。由于不需要預充電，電能可以源源不斷地釋放，所以焊接時間長短可以控制，根據設備功率不同，可焊接直徑3-25mm的螺柱。1．2焊接方式。以儲能式螺柱焊焊接為例，螺柱(正對工件)被焊槍加速至0．5-1米/秒的速度運動，與此同時，電容電瓶也充電完成;放電尖端接觸工件產生放電電流，尖端被瞬間強大的電流加熱并蒸發;電弧引燃，在1-2毫秒內使工件母材熔化;螺柱被壓入焊接熔池，熱量很快被工件吸收，使焊池凝固;兩者間達到原子間結合，形成永久焊接接頭螺柱牢牢地焊接在了工件上。

2螺柱焊焊接質量的典型影響因素

2.1焊接材料影響。

螺柱及焊接工件的材料，由于其自身的材料化學成分影響。焊接工件首先需要滿足的是在厚度上與螺柱直徑相匹配，一般情況下螺柱直徑與工件厚度的比例不大于3:1。如在非對稱或不規則的工件進行焊接，如不采取相應的防護措施，極有可能造成電弧偏移螺柱中心的現象，即“磁偏吹”現象。磁偏吹表現為螺柱與工件間的電弧不穩定，導致螺柱與工件接合處金屬熔化不規則，接合面積小于螺柱面積，這樣的接頭必然會存在一定缺陷，從而影響焊接質量。材料表面雜質，包括水分、氧化皮、油污等，不僅會大大降低電弧導電性，引起電弧偏吹，而且會形成夾雜，影響焊縫的內在質量。當材料表面狀態未知或發生變化時，采用相同的焊接工藝參數施焊，焊接質量將不穩定。

2.2螺柱垂直度影響。在焊接過程的細分狀態中，在接頭成型時，螺柱下落方向盡量保持與工件垂直。有資料研究發現，偏斜的角度超過2．5°時，焊接質量會受到一定的影響。當螺柱被壓入焊池瞬間呈傾斜狀態，就可能使螺柱一邊出現未焊透，而另一邊液體金屬被擠飛，導致焊接接頭質量降低。尤其手工操作時，螺柱垂直度在很大程度上由操作者把握，受人為因素印象更大。

3改善螺柱焊焊接質量的方式

3.1保證螺柱焊接強度(材料影響)。

根據熱傳導傅立葉定律，單位時間內通過定截面的熱量，正比例于垂直于該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。較厚部位對電弧加熱部位的冷卻作用最強，接頭溫度下降速度最快，其次是薄壁部位，而細桿的散熱速度最慢。通過工件定位夾具，工件薄壁部位與夾具充分接觸，焊接操作時，機械打磨去除工件表面與夾具接觸面的氧化皮，而工件較厚本體與夾具通過銅網彈性接觸。

夾具起到兩個作用:

其一，工件薄壁及本體分別通過緊貼及彈性接觸，實現了“焊槍-螺柱-工件-夾具”之間均勻的電流回路分布;

其二，減小了工件本體與工裝的接觸面積的同時，保證薄壁與工裝的充分接觸，從而實現了工件整體均勻的散熱效果。

3.2保證螺柱位置精度(垂直度影響)。

為保證焊接后螺柱的位置要求，首先需要保證螺柱與焊槍的平行關系，同時也要保證焊槍與工件的垂直度關系。隨著焊接次數的增加，螺柱卡頭十字槽與焊槍之間的同軸度不斷增大，導致螺柱與焊槍(支撐套筒)之間形成斜角;焊槍與工件之間主要通過三角支撐套筒保證，由于人工手動操作焊槍，支撐套筒與工件無法保證每次都是三點接觸，尤其是在施焊的瞬間，一致性無法保證。為此對焊槍進行定位，將焊槍(定位套筒)固定。定位套筒與焊槍螺紋連接，定位套筒通過C型爪，固定于氣動導軌上。焊槍通過氣壓作用，在垂直方向上，僅可以通過導軌活動，焊接時，僅需提供在垂直方向的下壓力，以此保證焊槍與工件的垂直關系。

3.3驗證分析。通過以上的分析:薄壁工件通過夾具固定，利用彈性的銅網實現工件和夾具之間的可靠接觸，在臺階處增加了一處熱平衡空間使焊接過程中較為均勻的熱量。焊槍通過氣動導軌固定，在氣動作用下垂直下行，保證了焊槍與焊接面之間的垂直。最終成功制作出符合技術要求的螺柱焊產品。