船用螺柱碰焊原理及應(yīng)用研究分析

耿立偉

摘 要：碰焊機(jī)的原理是利用正負(fù)兩極在瞬間短路時(shí)產(chǎn)生的高溫電弧來(lái)熔化碰釘和鋼板，來(lái)達(dá)到使它們結(jié)合的目的。電焊機(jī)的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，說(shuō)白了就是一個(gè)大功率的變壓器，將其變?yōu)榈碗妷?，大電流的電源，可以是直流的也可以是交流的?/p>

關(guān)鍵詞：電焊機(jī)；大電流；碰焊機(jī)；穩(wěn)定；高效

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

1 焊接制造概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)科學(xué)與技術(shù)的高速發(fā)展，作為機(jī)械制造重要手段之一的焊接技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)的各個(gè)部門(mén)。在航空航天，能源動(dòng)力，橋梁，壓力容器，船舶等工程結(jié)構(gòu)中，焊接是其制造過(guò)程中不可缺少的熱加工技術(shù)，同時(shí)現(xiàn)代工業(yè)科學(xué)與技術(shù)也對(duì)焊接提出了更高的要求?？梢哉f(shuō)一個(gè)國(guó)家的焊接技術(shù)發(fā)展水平往往也是這個(gè)國(guó)家工業(yè)科學(xué)與技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展的重要標(biāo)志之一。

1.1 焊接技術(shù)基礎(chǔ)

焊接技術(shù)是一種集成技術(shù)，它涉及焊接方法，焊接工藝及焊接過(guò)程控制等。焊接過(guò)程通常由熱過(guò)程，物理化學(xué)冶金過(guò)程及應(yīng)力變形過(guò)程組成。金屬等固體材料所以能保持固定的形狀是因?yàn)槠鋬?nèi)部原子間距而形成了牢固的結(jié)合力。要把分離的金屬連接在一起，從物理本質(zhì)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(lèi)

焊接的本質(zhì)是如何利用外部能量實(shí)現(xiàn)連接。目前已發(fā)展了數(shù)十種焊接方法，焊接方法分為三大類(lèi)，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(guò)程伴隨有融化結(jié)晶的過(guò)程。

2 螺柱焊及應(yīng)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(chē)，造船，機(jī)車(chē)等諸多行業(yè)應(yīng)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(yīng)用

螺柱焊在安裝螺柱或類(lèi)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?？梢院附拥吞间?，低合金鋼，銅，鋁及其合金材質(zhì)制成的螺柱，螺釘，銷(xiāo)釘以及各種異型釘，廣泛應(yīng)用于高層鋼骨結(jié)構(gòu)建筑，工業(yè)廠房建筑，公路，鐵路，橋梁，塔架汽車(chē)，能源，交通設(shè)施建筑，機(jī)場(chǎng)，車(chē)站，管道支架，起重機(jī)械及船舶舾裝等

2.2 螺柱焊的分類(lèi)

實(shí)現(xiàn)螺柱焊接的方法有多種，與之相對(duì)應(yīng)的焊機(jī)也有所不同，螺柱焊機(jī)在國(guó)類(lèi)有多種非正規(guī)名稱(chēng)，如種焊機(jī)，植焊機(jī)，種釘機(jī)，植釘機(jī)，螺釘焊機(jī)，螺絲焊機(jī)，碰釘機(jī)，碰焊機(jī)等，均是指螺柱焊機(jī)。螺柱焊機(jī)根據(jù)所用電源和接頭形成過(guò)程的不同尋?？梢苑譃槿N基本形式：電弧螺柱焊，電容儲(chǔ)能螺柱焊，短周期螺柱焊。

3 船用螺柱碰焊機(jī)種類(lèi)

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(yīng)用。

第二種是焊接絕緣碰釘?shù)亩讨芷诼葜?，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(jīng)過(guò)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(jī)按工作電壓可以分為220V交直流碰焊機(jī)和380 V交流碰焊機(jī)。

3.1 船用儲(chǔ)能式螺柱焊

儲(chǔ)能式螺柱焊機(jī)采用大容量電容作為焊接能量的來(lái)源，通過(guò)可控硅精確控制放電時(shí)間，以瞬間低電壓，強(qiáng)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(gè)過(guò)程持續(xù)約1～3s.以充于電容器中的電能瞬時(shí)放電產(chǎn)生電弧熱來(lái)連接螺柱與工件的方法，稱(chēng)為電容放電螺柱焊。由于在焊接前電能已經(jīng)儲(chǔ)存在電容器內(nèi)，故又稱(chēng)為電容儲(chǔ)能螺柱焊。根據(jù)引弧的方式不同，將電容儲(chǔ)能螺柱焊分為成預(yù)接觸式，預(yù)留間隙式和拉弧式三種焊接方法。

3.1.1 預(yù)接觸式

預(yù)接觸式電容儲(chǔ)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(chǎn)生電弧。在電弧燃燒過(guò)程中，待焊面被加熱熔化，這時(shí)由于壓力一直存在，因此螺柱向焊件移動(dòng)，待螺柱端與焊件接觸，電弧熄滅，即形成焊縫。

3.1.2 預(yù)留間隙式

預(yù)留間隙式電容儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)應(yīng)用

在船舶建造中絕緣螺柱焊機(jī)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(diǎn)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(duì)螺柱碰焊機(jī)是很大的考驗(yàn)。在一般的施工隊(duì)伍中僅配備380V絕緣螺柱碰焊機(jī)，因?yàn)榻^緣施工范圍小，且單船技術(shù)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(qiáng)的碰焊機(jī)。但因?yàn)?80V交流碰焊機(jī)機(jī)身較大，攜帶不方便，在船尾機(jī)艙等結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域選擇更容易攜帶搬運(yùn)的220V絕緣螺柱焊機(jī)是更合適。220V交直流碰焊機(jī)雖然操作方便，但有個(gè)小缺陷，即在施工距離超過(guò)30M的時(shí)候，由于電源線電阻的原因，導(dǎo)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(jī)時(shí)應(yīng)該考慮施工范圍的大小。

3.3 船用窗戶螺柱碰焊機(jī)應(yīng)用

螺柱焊機(jī)廣泛地應(yīng)用在造船業(yè)中，有著較高的經(jīng)濟(jì)效益。船舶的居住區(qū)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(jī)預(yù)先將M10或M16的Q235材質(zhì)鍍鎳碳鋼焊接在鋼板上，待螺柱及預(yù)涂完工后，將窗框直接安裝校隊(duì)即可。該型螺柱焊機(jī)電源為380V交流焊機(jī)，焊接時(shí)間在3S至4S，焊接時(shí)需要相對(duì)應(yīng)尺寸的陶瓷護(hù)圈，起保護(hù)作用。螺柱焊機(jī)焊接成型效果好，無(wú)焊渣，有輕微火焰，相比于人工電焊焊接，質(zhì)量穩(wěn)定，焊接強(qiáng)度低且工作效率高效，不用任何焊劑且具有符合要求的強(qiáng)度和金相組織。

4 總結(jié)

在船舶建造過(guò)程中，不同船型的內(nèi)裝工程，需要因地制宜的選用合適的碰焊機(jī)，這樣可以達(dá)到高效的施工效果，和穩(wěn)定的施工質(zhì)量，從而達(dá)到節(jié)約工時(shí)，提高船舶建造質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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