螺柱自动焊机的机械设计
自动控制的方便性和在市场上购买时的价格等方面的因素，最后决定采用对弹簧夹头。
3.焊机的四个动作主要包括：预压，提起引弧，保持，送下。工作过程主要是：首先是步进电机正转，上导轨带动焊机头前进，直到焊机头与工件以之间有一小段距离，步进电机停止工作。螺柱通过振动盘进入软管，用空气压缩机将螺柱压入弹簧夹头，将其夹紧。然后电磁铁通电，由于电磁力将弹簧夹头和螺柱提起。保持一段时间后，电磁铁断电，由于弹簧力的作用螺柱被高速送下。
4.焊机整体机构的三维图，用Solidworks 软件画出焊机整体机构的三维图 5.同时为了提高精度，在焊机的头部安装了一个自制的保护瓷圈。 1.5.2 本课题的现实意义
我国焊接设备总的趋势是向高效、节能、机电一体化和成套方面发展。数控焊接机床是焊接设备发展的一个趋势，也是焊接发展的一个阶段。数控焊接机床具有生产率高、加工精度高和加工质量稳定等一系列优点, 迎合了当今焊接业的发展方向。本课题研究的自动供料电弧式螺柱焊机，是由手动焊机向数控焊接机床转变的一个中间产物，为将来数控焊接机床的产生奠定了一定的基础。
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2. 螺柱焊机的简介
2.1 螺柱焊机的基本概念
螺柱焊机是快速焊接螺柱及其类似形状工件的专用设备，焊接速度快，可替代铆接、钻孔、手工电弧焊、电阻焊和钎焊。完全克服了传统焊接易烧穿、烧焦、变形、焊后表面需抛光处理等缺点，同时也可焊接表面已喷塑、喷漆的产品，并且能保证表面不会有焊痕。具有快速、经济、方便、质量可靠等优点，最适合表面要求较高的产品的焊接[9]，主要的参数有：
1.焊接极性：
1）焊接黑色金属时，应采用“直流正接”，即螺柱（焊机）接焊接电源的负极，工件接正极，这样可以增加熔深。因为焊接时，阳极的温度高于阴极的温度。
2）焊接铜、铝及其合金时，应采用“直流反接”，即螺柱接正极，工件接负极。这样可以利用正离子的轰击雾化作用，清除工件表面的氧化层，提高焊接质量。
2.焊接材料：
螺柱焊可焊接低碳铡、低合金钢、钢、铝及其合金材质制作的螺柱、焊钉、销钉以及各种异型钉，广泛适用于钢结构的高层建筑、体育场馆、高速公路、造船、汽车、电站、电控柜等行业。螺柱焊技术之所以能够快速发展,就是因为在很大程度上能适应于不同材料之间的焊接。例如：成都斯达特焊接研究所采用螺柱焊技术为用户成功解决了M16不锈钢螺柱与厚20mm铬锆铜之间的焊接难题，避免了昂贵的设备进口。在镀锌钢板上进行焊接历来也是个困难的问翘，原因是锌的熔点低，易在焊缝中出现气孔和产生热裂纹。但是通过编制合理的焊接工艺，就能够得到满意的效果。对于铝镁合金的焊接则是螺柱焊接技术面临的另一课题，因为汽车行业面临能源和环保的双重压力，不得不用铝镁合金代替钢材，以减轻汽车本身的重量。
2.2螺柱焊机的分类
螺柱焊机分为电弧螺柱焊机和电容放电螺柱焊机两大类，前者以弧焊整流器作为电源进行焊接，后者则以电容贮存的能量瞬间放电而进行焊接。
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2.2.1 电弧螺柱焊机
电弧螺柱焊机是由焊接电源、控制器、焊机、地线钳、焊接电缆等部分组成。但大多数焊接设备的焊接电源都与控制器合并为一体，称为主机。比较先进的控制方式是使用微处理器，以便精确设置和适时控制焊接过程中的焊接电流、焊接时间等参数。焊接电源一般为晶闸管控制的或逆变式的弧焊整流器。逆变式的弧焊整流器体积小、重量轻、动特性好、虽然是焊机的首选，但受大功率器件的限制，所以目前大容量的焊机还是以晶闸管控制的弧焊整流器为主。但不论哪种结构的焊接电源，其安全要求都应符合GB15579的规定。用于螺柱焊的直流焊接电源应具有以下特点：
1.焊接电源应具有下降的静外特性。
只有具有下降的静特性，才能维持电弧的稳定性，保证焊接质量。 2.焊接电源应有较高的空载电压（70～100V）。
焊接电源只有具备了较高的空载电压才可以确保100％的引弧成功率。对于大直径的螺柱焊接，其空载电压甚至超过100V。
3.要有较高的负载电压。
由电弧焊电源下降特性的定义可知：当焊接电流≥600A时，其负载电压应保持44V不变。施工现场使用的焊机，焊接电缆较长，电压降很大。如果不增加负载电压加以补偿，就会降低其焊接能力，甚至无法焊接。
4.焊接电流要有陡升的前沿。
螺柱焊接的最大特点是瞬间产生大电流，要求焊接电源在接通后的32ms之内，焊接电流应达到其峰值。对于短周期螺柱焊，其焊接电流的上升时间应该更短，否则就有可能出现焊接时间已到，但焊接电流还没有达到其峰值的现象。如果设定的焊接电流与螺柱焊接所得到的能量不成比例，就很难保证焊接质量。
5.供电的电源箱应有足够的容量。
电弧螺柱焊机消耗的平均功率虽然很低，但瞬间功率却很大。大直径螺柱焊接时，瞬间功率甚至超过300kw，这就要求供电的电源箱应有足够的容量，以满足螺柱焊接的要求。如果供电电源的容量较小，在焊接时，电源电压的降低达到其额定值的15％以下，超过了晶闸管的调压稳流的范围时，就很难保证焊接质量，有些焊机甚至会强制停机。
图2-1是成都化远电器设备有限公司生产的电弧螺柱焊机，它的主要特点是焊接电流可以无级调节，数显预置，保证焊接质量和合格率。电网波动自动
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补偿功能，施焊电流不受电网电压波动影响。可控硅整流，高承载率设计，主电路无触点控制，可靠性极高。焊机的下降阻尼可调，减少飞溅，提高焊接可靠性。自动、手动选择功能，特别适合多层穿透焊等特殊场合。 同时还具有自动检测功能，能检测起弧可靠性和焊机提升量[10]。
图2-1 电弧螺柱焊机 Fig.2-1 Arc stud welder
表2-1 电弧螺柱焊机【 参 数 表 】
Tab 3-1 arc stud welder
型号 电源 额定输入功率 可焊螺柱直径 可焊螺柱长度 电源净重 外型尺寸
2.2.2 电容放电螺柱焊机
电容放电螺柱焊的特点是时间短、热变形小，适合薄板的螺柱焊接，在造船、汽车、电控柜、橱柜等行业应用广泛。电容放电螺柱焊不用气体保护，操作也比较简单，符合自动化生产的要求，这种焊接技术已广泛应用于汽车焊接
RSN-120 三相380V/50Hz 21KVA Φ4-12mm <400mm 170kg
RSZ-1600 三相380V/50Hz 37KVA 160-1600A Φ6-16mm <400mm 235kg
RSN-2500 三相380V/50Hz 80KVA 250-2500A Φ8-25mm <400mm 365kg
焊接电流调节范围 120-1200A
800X465X635mm 880X650X760mm 950X650X810mm
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的生产线。螺柱焊接的生产率取决于电容器的充电速度，可以达到8个/分钟（手工焊），60个/分钟（自动焊）。
下图所示是北京永创工贸有限公司独家中国地区总代理的德国OBO电容储能式螺柱焊机，具有高度的可靠性和广泛的用途。它具有以下特点：
1.设计先进，在所有主流储能螺柱焊机中能量输出最高；
2.采用逆变技术，体积小，重量轻，易于操作(主机10.5Kg，最重11.5Kg)； 3.适用材料广泛，可焊接低碳钢、不锈钢、铜合金、铝合金等多种螺柱； 4.焊接效率高，最高可达40枚/分钟；
5.采用220V交流电源，无需使用三相电源，并且具有超宽电压输入范围； 6.内置恒温风扇和过热安全控制； 7.节能效果显著。
图2-2 电容储能式螺柱焊机 Fig.2-2 CD stud welder
电容螺柱焊分为拉弧式和引弧梢式两种。拉弧式电容放电螺柱焊类似于拉弧式短周期电弧螺柱焊，其焊接时间约为3～10ms。引弧梢式电容放电螺柱焊的特点是欲焊螺柱的端面有一引弧尖梢，它又分为接触式和间隙式两种。接触式螺柱焊的焊接时间<3ms，而间隙式螺柱焊的焊接时间大约为1ms。采用间隙式电容放电螺柱焊，焊接铝及其合金时也可以不用气体保护，并且电容放电螺柱焊的焊接时间都是不可调节的。
电容放电螺柱焊的焊接能量依赖于电容器的电容量和充电电压，可按下式进行计算：
W=CU2 （2-1） 式中：W—焊机的额定储存能量J；
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