青岛科技大学本科毕业设计（论文）
C—电容器组的总电容量F； U—充电电压V。
电容放电螺柱焊的焊接电流的峰值约为1000～10000A，峰值的大小取决于电容器的电容量、充电电压和焊接回路的电感和电阻。从安全方面考虑，充电电压一般不超过200V。
电容放电螺柱焊机都应设有限流保护装置或恒流充电装置以及自动放电装置，以保护人身和设备的安全。
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螺柱自动焊机的机械设计
3. 电弧螺柱焊机
3.1电弧螺柱焊机的结构及工作原理
电弧螺柱焊是电弧焊接的一种。在焊接过程中，类似螺柱的紧固件和焊件的接触表面被在它们之间引燃的电弧加热和熔化，然后快速挤压在一起形成焊缝。其中引弧、电弧燃烧时间和挤压过程是自动控制的。实现电弧螺柱焊接必须具备的设备有：焊接电源、焊接时间控制器以及螺柱焊机。
普通电弧螺柱焊由于具有焊接熔深大、接头强度高等特点，主要应用于建筑、桥梁、造船及一般的重型机器制造业。焊接材料通常为碳钢和不锈钢等黑色金属，螺柱的尺寸通常在直径10mm以上。
传统电弧螺柱焊机有手提式和固定式两种,其主要结构和工作原理是相同的。从电弧螺柱焊发明到现在,电弧螺柱焊机的结构基本是延续了最早的设计原理，改进的只是外形及性能。 传统电弧螺柱焊机的主要结构如下图所示：
1:定铁心;2:电磁线圈;3:弹簧;4:螺柱;5:夹具;6:动铁心
图3-1 传统电弧螺柱焊枪的一般结构
Fig.3-1 General structure of traditional arc stud welding gun
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主体结构由电磁线圈、弹簧结构及铁心构成。在焊接过程中，螺柱运动的实现主要由线圈的通断电和弹簧的压缩、释放来完成。 利用线圈弹簧式焊机进行电弧螺柱焊接的过程如图3-2 所示：
1.焊机夹持螺柱置于工件上并进行预压，弹簧压缩一定距离；
2.扣动焊机开关，焊机中的电磁线圈通电，使得动衔铁产生向上的运动，螺柱也随之提起一定高度，与此同时接通焊接电源，螺柱和工件间在焊接电流的作用下提起。
3.在提起高度位置保持一段时间，电弧充分燃烧，在工件上形成焊接熔池； 4.焊接预设时间到，电磁线圈断电，在弹簧弹力和动铁心自身重力的作用下，螺柱送下至熔池完成焊接。在焊接过程中，焊机所完成的动作为：预压-提起引弧-保持-送下。
图3-2 电弧螺柱焊的焊接过程
Fig.3-2 Diagrams showing stud-welding principles
3.2 电弧螺柱焊机的焊接工艺参数
电弧螺柱焊机的焊接工艺参数有焊接电流、焊接电压、焊接时间、提升高
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度、伸出长度、插入速度等。
1.焊接电流
焊接电流主要根据螺柱的直径进行调节，大约为300～3000A。对于非合金钢，在已知螺柱直径为d时，可以用下式估算焊接电流：
I（A）=80×d（mm） d<16mm （3 - 1） I（A）=90×d（mm） d>16mm （3 - 2） 对于合金钢，其焊接电流大约比上式计算值少10％。
短周期电弧螺柱焊的焊接电流（600～1500A）与电源有关，是固定的，因此，焊接能量仅依赖于焊接时间。 2.电弧电压
焊接电压与电流的关系是由焊接电源的静外特性决定的。电弧电压主要取决于提升高度和焊接电流，其值一般为20～40V。焊接时，工件表面上的油或油脂会增加弧压，而惰性气体则会降低电弧电压。
3.焊接时间
对于平焊（工件焊接平面平行于地平面），其焊接时间可用下式进行估算： tw（s）=0.02×d（mm） d<12mm （3 - 3） tw（s）=0.04×d（mm） d >12mm （3 - 4） 对于横焊（工件焊接平面垂直于地平面），其焊接时间应该减小。短周期焊接时间小于100ms，这不仅取决于螺柱直径，而且还与电流强度有关。 4.焊柱的提升高度
螺柱的提升高度要正比于螺柱的直径，大约为1.5～7mm。提升高度主要是为了防止熔滴过渡时造成短路而影响电弧的稳定性及焊缝质量。同时也可以维持电弧的稳定，为焊接提供足够的能量至关重要。穿透焊接时，要增加提升高度，利用电弧的高温迅速烧穿镀锌板，以获得满意的接头。增加提升高度也有两方面的害处：一方面会增加电弧的长度，使之易受磁场的影响，发生磁偏吹；另一方面会增加焊缝的气孔。 5.螺柱的伸出长度
螺柱的伸出长度要正比于螺柱的直径，一般为1～8mm。当使用瓷环对熔池进行保护时，也与焊缝四周焊脚的形状有关。当要求周边的焊脚高而宽时，螺柱的伸出长度应该增加，反之则可以减小。 螺柱的伸出长度实际上是螺柱的熔化长度，此值若设计的过长，在螺柱提升后螺柱端面与工件之间的距离过短，无法形成稳定的电弧，造成大量的金属飞溅并出现夹渣缺陷；若螺柱伸出长度
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过短，金属熔化量不足，会造成焊缝成型不良。 6.螺柱插入熔池的方式
螺柱插入溶池应采用挤压的方式，这种方式会使焊缝成型前的瞬间将熔化的有害物质挤出焊缝，形成良好的焊接接头。但插入速度又不可太快，以防止形成大量的喷溅。螺柱的插入速度为：当螺柱的直径d<14mm时，大约为200mm/s；当d >14mm时，为100mm/s。 `
焊接电流、 焊接时间、提升高度和伸出长度是电弧螺柱焊的四个主要焊接工艺参数，应根据螺柱的直径和工件的材质进行设定。对于同一螺柱直径的焊接，使用不同厂家制造的焊接设备，其焊接工艺参数是不相同的，因此应进行多次试焊，并对焊缝的外观和成型、螺柱焊后高度和力学性能（拉伸、锤击、弯曲、扭力等）评定后，才能选定一组最佳的工艺参数进行焊接[10]。
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