船用螺柱碰焊原理及應用研究分析

耿立偉

摘 要：碰焊機的原理是利用正負兩極在瞬間短路時產生的高溫電弧來熔化碰釘和鋼板，來達到使它們結合的目的。電焊機的結構十分簡單，說白了就是一個大功率的變壓器，將其變為低電壓，大電流的電源，可以是直流的也可以是交流的。

關鍵詞：電焊機；大電流；碰焊機；穩定；高效

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.002

1 焊接制造概述

隨著現代工業科學與技術的高速發展，作為機械制造重要手段之一的焊接技術，已被廣泛應用于機械制造業的各個部門。在航空航天，能源動力，橋梁，壓力容器，船舶等工程結構中，焊接是其制造過程中不可缺少的熱加工技術，同時現代工業科學與技術也對焊接提出了更高的要求。可以說一個國家的焊接技術發展水平往往也是這個國家工業科學與技術現代化發展的重要標志之一。

1.1 焊接技術基礎

焊接技術是一種集成技術，它涉及焊接方法，焊接工藝及焊接過程控制等。焊接過程通常由熱過程，物理化學冶金過程及應力變形過程組成。金屬等固體材料所以能保持固定的形狀是因為其內部原子間距而形成了牢固的結合力。要把分離的金屬連接在一起，從物理本質上講就是要使分離金屬的連接表面上的原子彼此接近到金屬晶格距離。

1.2 焊接分類

焊接的本質是如何利用外部能量實現連接。目前已發展了數十種焊接方法，焊接方法分為三大類，即熔焊，固向焊和釬焊.碰焊則屬于熔焊中的電阻焊，即碰焊接頭形成過程伴隨有融化結晶的過程。

2 螺柱焊及應用

螺柱焊是將金屬螺柱或其他緊固件焊接在工件上的方法。目前在汽車，造船，機車等諸多行業應用很廣的螺柱焊屬于一種加壓熔焊，它兼有熔焊和壓焊的特征。將螺柱的一端與板件表面接觸，通電引弧，待接觸面熔化后，給螺柱一定壓力從而完成焊接。

2.1 螺柱焊的應用

螺柱焊在安裝螺柱或類似的緊固件方面可以取代鉚接，鉆孔，焊條電弧焊，電阻焊或釬焊。可以焊接低碳鋼，低合金鋼，銅，鋁及其合金材質制成的螺柱，螺釘，銷釘以及各種異型釘，廣泛應用于高層鋼骨結構建筑，工業廠房建筑，公路，鐵路，橋梁，塔架汽車，能源，交通設施建筑，機場，車站，管道支架，起重機械及船舶舾裝等

2.2 螺柱焊的分類

實現螺柱焊接的方法有多種，與之相對應的焊機也有所不同，螺柱焊機在國類有多種非正規名稱，如種焊機，植焊機，種釘機，植釘機，螺釘焊機，螺絲焊機，碰釘機，碰焊機等，均是指螺柱焊機。螺柱焊機根據所用電源和接頭形成過程的不同尋常可以分為三種基本形式：電弧螺柱焊，電容儲能螺柱焊，短周期螺柱焊。

3 船用螺柱碰焊機種類

第一種是焊接窗戶螺柱的電弧螺柱焊，螺柱直徑較大，一般在8毫米到18毫米之間，電弧螺柱焊是電弧焊方法的一種特殊應用。

第二種是焊接絕緣碰釘的短周期螺柱焊，螺柱直徑較小，一般在3毫米到5毫米之間，短周期螺柱焊是焊接電流經過波形控制的電弧螺柱焊，是普遍電弧螺柱焊的一種特殊形式。絕緣螺柱焊機按工作電壓可以分為220V交直流碰焊機和380 V交流碰焊機。

3.1 船用儲能式螺柱焊

儲能式螺柱焊機采用大容量電容作為焊接能量的來源，通過可控硅精確控制放電時間，以瞬間低電壓，強電流的方式將螺柱尖端迅速熔化，使螺柱和工作面間隙快速合并，將螺柱牢固地焊接在工作面上，整個過程持續約1～3s.以充于電容器中的電能瞬時放電產生電弧熱來連接螺柱與工件的方法，稱為電容放電螺柱焊。由于在焊接前電能已經儲存在電容器內，故又稱為電容儲能螺柱焊。根據引弧的方式不同，將電容儲能螺柱焊分為成預接觸式，預留間隙式和拉弧式三種焊接方法。

3.1.1 預接觸式

預接觸式電容儲能螺柱焊的特征是先接觸后通電，再完成焊接。因電流密度很大，瞬間被燒斷而產生電弧。在電弧燃燒過程中，待焊面被加熱熔化，這時由于壓力一直存在，因此螺柱向焊件移動，待螺柱端與焊件接觸，電弧熄滅，即形成焊縫。

3.1.2 預留間隙式

預留間隙式電容儲能螺柱焊的特征是留間隙，先通電后接觸放電加壓，完成焊接。

3.1.3 拉弧式

拉弧式電容儲能螺柱焊的特征是接觸后拉起引弧，再使電容放電完成焊接。

3.2 船用絕緣螺柱碰焊機應用

在船舶建造中絕緣螺柱焊機使用頻率很大，每條船的絕緣施工都需要焊接3毫米絕緣碰釘或5毫米碰螺，絕緣面積少一點的諸如61000T散貨船，一條船的絕緣面積大約有3500平方左右，絕緣面積多的如3800PCTC LNG雙燃料滾裝船，每條船絕緣38000平方的施工面積，工程量可謂非常巨大，大面積的絕緣碰釘焊接對螺柱碰焊機是很大的考驗。在一般的施工隊伍中僅配備380V絕緣螺柱碰焊機，因為絕緣施工范圍小，且單船技術要求即需使用3毫米的絕緣碰釘，也需要焊接5毫米碰焊螺柱，所以選擇380V熔透能力更強的碰焊機。但因為380V交流碰焊機機身較大，攜帶不方便，在船尾機艙等結構復雜區域選擇更容易攜帶搬運的220V絕緣螺柱焊機是更合適。220V交直流碰焊機雖然操作方便，但有個小缺陷，即在施工距離超過30M的時候，由于電源線電阻的原因，導致焊接電流下降，不容易使螺柱焊透。因此，在選擇使用220V螺柱焊機時應該考慮施工范圍的大小。

3.3 船用窗戶螺柱碰焊機應用

螺柱焊機廣泛地應用在造船業中，有著較高的經濟效益。船舶的居住區需要安裝窗戶，窗戶除了焊接窗以外，非焊接窗戶是使用螺柱焊機預先將M10或M16的Q235材質鍍鎳碳鋼焊接在鋼板上，待螺柱及預涂完工后，將窗框直接安裝校隊即可。該型螺柱焊機電源為380V交流焊機，焊接時間在3S至4S，焊接時需要相對應尺寸的陶瓷護圈，起保護作用。螺柱焊機焊接成型效果好，無焊渣，有輕微火焰，相比于人工電焊焊接，質量穩定，焊接強度低且工作效率高效，不用任何焊劑且具有符合要求的強度和金相組織。

4 總結

在船舶建造過程中，不同船型的內裝工程，需要因地制宜的選用合適的碰焊機，這樣可以達到高效的施工效果，和穩定的施工質量，從而達到節約工時，提高船舶建造質量。

參考文獻：

[1]張建勛.現代焊接制造與管理[M].機械工業出版社.

[2]侯志敏.焊接技術與設備[M].西安交通大學出版社.