船舶电气支件焊接中电弧螺柱焊技术的应用

郭佳

（武汉航海职业技术学院，湖北，湖北武汉 430000）

船舶电气支件焊接中电弧螺柱焊技术的应用

郭佳

（武汉航海职业技术学院，湖北，湖北武汉 430000）

电弧螺柱焊接技术是一种被广泛应用的焊接方法，拥有很高的螺柱焊接效率，具有很多优点，比如：容易实现自动化控制、焊接效率高等。而对船舶电气支件焊接来说，要想避免传统焊接技术对船舶预涂层的破坏，就要采用专用的焊接技术来代替传统的焊条电弧焊。因此，本文对机器的选型、参数的选定等进行了研究，证明电弧螺柱焊接技术能够有效地提高焊接效率，控制焊接质量。

电弧螺柱焊；焊接效率；焊接质量

1 电弧螺柱焊技术发展现状

1.1 电弧焊技术分类

电弧螺柱焊可以分为两大类，一是普通电弧螺柱焊，二是电容储能电弧螺柱焊。普通电弧螺柱焊又可以分为磁圈保护式、气体保护式、短周期方式。电容储能电弧螺柱焊可以分为短周期拉弧式、尖端放电式、拉弧式。其中尖端放电式可以分为预接触式和预留间隙式。

1.2 几种电弧焊技术

1.2.1 普通电弧螺柱焊。起始于1 9 3 9年，其继承了传统的提起引弧的焊接方法，主要有磁圈保护式和气体保护式两种。焊接设备的革新主要是焊接电源和控制器的改良，焊接枪依然是采用传统的枪头，螺柱的运动主要依靠焊枪电磁线圈与弹簧结构来完成，最早使用弧焊整流器、电池组模式或者普通整流器作为电弧螺柱焊电源。

1.2.2 电容储能电弧螺柱焊：相比普通的电弧螺柱焊（0.2～2s），它的焊接时间相对较长，需要融化大量的金属，通常来说其熔深能够达到母体金属材料厚度的四分之一。而很多需要焊接的地方材料很薄，普通的电弧螺柱焊接会造成严重的烧损和热变形。为了解决这个问题，人们研发出电容储能电弧螺柱焊，这种焊接方法焊接时间远远小于普通电弧螺柱焊，仅为1～10ms，而电流很大。可以短时间迅速加热到很高的温度，使母体材料上产生较浅的熔深，对材料的损伤较小，因此，很适合薄板焊接［2］。

1.2.3 短周期拉弧螺柱焊：2 0世纪8 0年代出现的短周期拉弧螺柱焊是介于普通电弧螺柱焊和电容储能电弧焊之间的一种焊接方法，具有二者共同的优点。首先，焊接时间在10～120ms之间，主要采用的是双电流控制式。小电流进行引弧，而后大电流形成熔池，完成焊接。小电流的作用是清理工件的表面、进行简单的预热以及引发焊接电弧。该方法焊接质量优良，焊接过程理想，成为当今主流的焊接方式。

2 电弧焊技术的应用前景研究

电弧螺柱焊技术简单，容易操作，因此，可以由机器人或者经过简单训练的人员操作，能够很快地普及到各行各业。使用电容储能电弧螺柱焊，可以对碳钢和航空领域中的铝合金等材料进行焊接，也可以利用电弧螺柱焊进行水下焊接。下面对船舶焊接时焊机的选型、参数的选定等进行介绍。

2.1 对焊机的选型研究

船舶相对于其他焊接母材来说是特殊的，因为大多数壳板在焊接前会预先涂上涂层，而且很多壳板是很薄的，这对焊机的要求很高。经过调研发现RSN-1600型电弧螺柱焊机性能很好，在船舶电气支件焊接中表现良好。此焊接机是由专用的控制器、专用的电弧螺柱焊接电源、专用夹头以及专用的焊枪、地线钳等组成。这种高效节能的柱钉焊接设备，可以在十分短的时间内把高强度的柱钉焊接到指定位置。此设备采用电子控制设备，产生的焊接电流和电压都十分稳定，能够准确地控制焊接时间，且整机的自动化程度很高，操作简单，不需要很高的劳动强度，适用于很多焊接场合［3］。

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2.2 焊接工艺参数探究

电弧螺柱焊的工作参数主要包括焊接电压电流、焊接时间、插入速度、伸出长度、提升高度等，下面对这些参数进行简单探究。

①通过计算螺柱的直径来对焊接电流进行适当的调节，其大概范围在300～3 000A之间。对非合金钢而言，若直径d小于16mm，其I=80d，若直径d大于16mm，I=90d，而合金钢平均比非合金钢小9%左右。

②电源的静外特性决定着电弧的电压与电流之间的关系。此外，提升高度也对电弧电压有一定的影响，同时在焊接过程中如果被焊接物表面有油脂，会增加电弧电压。

③对于焊接时间而言，当d大于12mm时，时间为0.02d；而大于12mm时，时间为0.04d。相对而言平焊要比横焊时间长。

④提升高度与螺柱的直径有关，直径越大高度越高。其目的主要是避免熔滴过度造成短路，影响焊缝的质量。但是过大提升高度会放大磁场的影响，发生磁偏吹，会使焊缝出现气孔。

⑤伸出长度与螺柱直径正相关，通常来说在1～8mm之间。在使用磁环保护时，其与焊脚的形状有关。

⑥螺柱的插入速度是焊接过程的关键步骤，通过挤压的方式进行，其速度不可太快，否则会出现喷溅，也不能太慢。因此，需要具体情况具体分析。

2.3 专用磁圈的设定研究

为了满足不同工作条件的需求，需要为这些非标准的特殊工件设计专用的磁圈和夹具，以保证焊接质量和焊接效率。

2.4 焊接试验控制

在实际应用过程中，要依据不同的工件尺寸进行专门的试验来科学确定电弧螺柱焊的工作参数。整个焊接过程如图1所示。

综上所述，由于电弧螺柱焊使用了专用的焊接夹头、焊枪、磁环等，能够精确地控制焊接时间、电压以及电流。将电弧螺柱焊应用于船舶电气支件焊接，能够有效提高焊接质量，降低成本。

图1 焊接过程图

［1］张瑞昌，孙松岭，黄贤聪.单片机控制的多用途新型栓钉焊机［J］.电焊机，2009（10）：23-27.

［2］张义，陈小敏，张景林.电弧螺柱焊电源的发展方向探索——超级电容器在螺柱焊机中的应用［J］.电焊机，2010（4）：47-50.

［3］刘子毅，程方圆.论在船舶电气支件焊接中利用电弧螺柱焊［J］.城市建设理论研究（电子版），2012（14）：112-115.

App lication of Arc StudWelding Technology in M arine ElectricalBranch W elding

Guo Jia
(Wuhan Maritime Institute，Wuhan Hubei 430000)

The arc stud welding technology is a widely used weldingmethod，has high stud welding efficiency and many advantages，such as:easy to realize automative control，high welding efficiency.While as for the marine electrical branch welding，in order to avoid the damage of traditional welding technology to the ship pre-coating，we mustuse specialwelding technology to rep lace the traditional shieldedmetalarcwelding.Therefore，this paperstudied the machine type selection，parameters selection and other aspects，proved that the arc stud welding technology can effectively improve theefficiencyofweldingand control thewelding quality.

arc stud welding；welding efficiency；welding quality

U671

：A

：1003-5168（2015）03-0054-2

2015-2-24

郭佳（1983-），男，研究生，讲师，就职于武汉航海职业技术学院。