船舶電氣支件焊接中電弧螺柱焊技術的應用

郭佳

（武漢航海職業技術學院，湖北，湖北武漢 430000）

船舶電氣支件焊接中電弧螺柱焊技術的應用

郭佳

（武漢航海職業技術學院，湖北，湖北武漢 430000）

電弧螺柱焊接技術是一種被廣泛應用的焊接方法，擁有很高的螺柱焊接效率，具有很多優點，比如：容易實現自動化控制、焊接效率高等。而對船舶電氣支件焊接來說，要想避免傳統焊接技術對船舶預涂層的破壞，就要采用專用的焊接技術來代替傳統的焊條電弧焊。因此，本文對機器的選型、參數的選定等進行了研究，證明電弧螺柱焊接技術能夠有效地提高焊接效率，控制焊接質量。

電弧螺柱焊；焊接效率；焊接質量

1 電弧螺柱焊技術發展現狀

1.1 電弧焊技術分類

電弧螺柱焊可以分為兩大類，一是普通電弧螺柱焊，二是電容儲能電弧螺柱焊。普通電弧螺柱焊又可以分為磁圈保護式、氣體保護式、短周期方式。電容儲能電弧螺柱焊可以分為短周期拉弧式、尖端放電式、拉弧式。其中尖端放電式可以分為預接觸式和預留間隙式。

1.2 幾種電弧焊技術

1.2.1 普通電弧螺柱焊。起始于1 9 3 9年，其繼承了傳統的提起引弧的焊接方法，主要有磁圈保護式和氣體保護式兩種。焊接設備的革新主要是焊接電源和控制器的改良，焊接槍依然是采用傳統的槍頭，螺柱的運動主要依靠焊槍電磁線圈與彈簧結構來完成，最早使用弧焊整流器、電池組模式或者普通整流器作為電弧螺柱焊電源。

1.2.2 電容儲能電弧螺柱焊：相比普通的電弧螺柱焊（0.2～2s），它的焊接時間相對較長，需要融化大量的金屬，通常來說其熔深能夠達到母體金屬材料厚度的四分之一。而很多需要焊接的地方材料很薄，普通的電弧螺柱焊接會造成嚴重的燒損和熱變形。為了解決這個問題，人們研發出電容儲能電弧螺柱焊，這種焊接方法焊接時間遠遠小于普通電弧螺柱焊，僅為1～10ms，而電流很大?？梢远虝r間迅速加熱到很高的溫度，使母體材料上產生較淺的熔深，對材料的損傷較小，因此，很適合薄板焊接［2］。

1.2.3 短周期拉弧螺柱焊：2 0世紀8 0年代出現的短周期拉弧螺柱焊是介于普通電弧螺柱焊和電容儲能電弧焊之間的一種焊接方法，具有二者共同的優點。首先，焊接時間在10～120ms之間，主要采用的是雙電流控制式。小電流進行引弧，而后大電流形成熔池，完成焊接。小電流的作用是清理工件的表面、進行簡單的預熱以及引發焊接電弧。該方法焊接質量優良，焊接過程理想，成為當今主流的焊接方式。

2 電弧焊技術的應用前景研究

電弧螺柱焊技術簡單，容易操作，因此，可以由機器人或者經過簡單訓練的人員操作，能夠很快地普及到各行各業。使用電容儲能電弧螺柱焊，可以對碳鋼和航空領域中的鋁合金等材料進行焊接，也可以利用電弧螺柱焊進行水下焊接。下面對船舶焊接時焊機的選型、參數的選定等進行介紹。

2.1 對焊機的選型研究

船舶相對于其他焊接母材來說是特殊的，因為大多數殼板在焊接前會預先涂上涂層，而且很多殼板是很薄的，這對焊機的要求很高。經過調研發現RSN-1600型電弧螺柱焊機性能很好，在船舶電氣支件焊接中表現良好。此焊接機是由專用的控制器、專用的電弧螺柱焊接電源、專用夾頭以及專用的焊槍、地線鉗等組成。這種高效節能的柱釘焊接設備，可以在十分短的時間內把高強度的柱釘焊接到指定位置。此設備采用電子控制設備，產生的焊接電流和電壓都十分穩定，能夠準確地控制焊接時間，且整機的自動化程度很高，操作簡單，不需要很高的勞動強度，適用于很多焊接場合［3］。

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2.2 焊接工藝參數探究

電弧螺柱焊的工作參數主要包括焊接電壓電流、焊接時間、插入速度、伸出長度、提升高度等，下面對這些參數進行簡單探究。

①通過計算螺柱的直徑來對焊接電流進行適當的調節，其大概范圍在300～3 000A之間。對非合金鋼而言，若直徑d小于16mm，其I=80d，若直徑d大于16mm，I=90d，而合金鋼平均比非合金鋼小9%左右。

②電源的靜外特性決定著電弧的電壓與電流之間的關系。此外，提升高度也對電弧電壓有一定的影響，同時在焊接過程中如果被焊接物表面有油脂，會增加電弧電壓。

③對于焊接時間而言，當d大于12mm時，時間為0.02d；而大于12mm時，時間為0.04d。相對而言平焊要比橫焊時間長。

④提升高度與螺柱的直徑有關，直徑越大高度越高。其目的主要是避免熔滴過度造成短路，影響焊縫的質量。但是過大提升高度會放大磁場的影響，發生磁偏吹，會使焊縫出現氣孔。

⑤伸出長度與螺柱直徑正相關，通常來說在1～8mm之間。在使用磁環保護時，其與焊腳的形狀有關。

⑥螺柱的插入速度是焊接過程的關鍵步驟，通過擠壓的方式進行，其速度不可太快，否則會出現噴濺，也不能太慢。因此，需要具體情況具體分析。

2.3 專用磁圈的設定研究

為了滿足不同工作條件的需求，需要為這些非標準的特殊工件設計專用的磁圈和夾具，以保證焊接質量和焊接效率。

2.4 焊接試驗控制

在實際應用過程中，要依據不同的工件尺寸進行專門的試驗來科學確定電弧螺柱焊的工作參數。整個焊接過程如圖1所示。

綜上所述，由于電弧螺柱焊使用了專用的焊接夾頭、焊槍、磁環等，能夠精確地控制焊接時間、電壓以及電流。將電弧螺柱焊應用于船舶電氣支件焊接，能夠有效提高焊接質量，降低成本。

圖1 焊接過程圖

［1］張瑞昌，孫松嶺，黃賢聰.單片機控制的多用途新型栓釘焊機［J］.電焊機，2009（10）：23-27.

［2］張義，陳小敏，張景林.電弧螺柱焊電源的發展方向探索——超級電容器在螺柱焊機中的應用［J］.電焊機，2010（4）：47-50.

［3］劉子毅，程方圓.論在船舶電氣支件焊接中利用電弧螺柱焊［J］.城市建設理論研究（電子版），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，講師，就職于武漢航海職業技術學院。