1.1 電弧螺柱焊機(jī)

       電弧螺柱焊機(jī) 是由焊接電源、控制器、焊槍、地線鉗、焊接電纜等部分組成。但大多數(shù)焊接設(shè)備的焊接電源都與控制器合并為一體，稱為主機(jī)。比較先進(jìn)的控制方式是使用微處理器，以便精確設(shè)置和適時(shí)控制焊接過(guò)程中的焊接電流、焊接時(shí)間等參數(shù)。焊接電源一般為晶閘管控制的或逆變式的弧焊整流器。逆變式的弧焊整流器體積小、重量輕、動(dòng)特性好，無(wú)疑是焊機(jī)的首選，但受大功率器件的限制，所以目前大容量的焊機(jī)還是以晶閘管控制的弧焊整流器為主。但不論那種結(jié)構(gòu)的焊接電源，其安全要求都應(yīng)符合GB15579的規(guī)定。用于螺柱焊 的直流焊接電源應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

a、焊接電源應(yīng)具有下降的靜外特性。只有這樣才能維持電弧的穩(wěn)定性，保證焊接質(zhì)量。

b、焊接電源應(yīng)有引弧電流（40～50A）和較高的空載電壓（70～100V）。以確保100％的引弧成功率，對(duì)于大直徑的螺柱焊接 ，其空載電壓甚至超過(guò)100V。只有這樣才能滿足提升高度較大時(shí)的需求。

c、要有較高的負(fù)載電壓。按弧焊電源下降特性的定義，當(dāng)焊接電流≥600A時(shí)，其負(fù)載電壓應(yīng)保持44V不變。在施工現(xiàn)場(chǎng)使用的焊機(jī)，其焊接電纜較長(zhǎng)，有的長(zhǎng)達(dá)50m，電壓降很大。如果不增加負(fù)載電壓加以補(bǔ)償，就勢(shì)必會(huì)降低其焊接能力，若不按照ISO14555規(guī)定配制焊接電纜的截面積，情況就會(huì)更加嚴(yán)重，甚至無(wú)法焊接。這就是為什么不同廠家制造的同一電流等級(jí)的焊機(jī)，其焊接螺柱的最大直徑有較大差異的主要原因之一。
d、焊接電流要有陡升的前沿。螺柱焊接的最大特點(diǎn)是瞬間大電流，因此要求焊接電源在接通后的32ms之內(nèi)，焊接電流應(yīng)達(dá)到其峰值。對(duì)于短周期螺柱焊而言，其焊接電流的上升時(shí)間應(yīng)該更短，否則就有可能出現(xiàn)焊接時(shí)間已到，但焊接電流還沒(méi)有達(dá)到其峰值的現(xiàn)象。設(shè)定的焊接電流與螺柱焊接所得到的能量不成比例，則很難保證其焊接質(zhì)量。
提高焊接電流上升速度的唯一辦法是減小電抗器的電感量。普通弧焊整流器之所以要加大電抗器，除了濾波之外還要限制短路電流的上升速度和短路電流的峰值，以降低引弧時(shí)的沖擊電流，減小飛濺和弧坑，并避免燒穿工件。螺柱焊則不同，是按照已設(shè)定的引弧、螺柱提升、接通主電源等邏輯順序進(jìn)行的。也就是說(shuō)，在螺柱與工件有一定間隙的情況下才接通焊接主電源的，因而避免了引弧時(shí)的飛濺。其實(shí)螺柱焊的最大“飛濺”是發(fā)生在螺柱壓入熔池時(shí)，瞬間發(fā)生的噴濺物。通過(guò)試驗(yàn)已經(jīng)證明：三相全波硅整流電源（紋波系數(shù)γ＝0.042），即使沒(méi)有濾波電抗器，照樣可以進(jìn)行螺柱焊接。螺柱焊用的由晶閘管控制的焊接電源的電抗器只是濾波而已，因此可以大大減小，至于減少多少？要視電源的主電路結(jié)構(gòu)和電流調(diào)節(jié)范圍而定。
 e、電源要有較小的內(nèi)阻抗。焊接電源的主電路的電氣絕緣，采用H級(jí)耐熱等級(jí)與B級(jí)相比，具有體積小重量輕的優(yōu)點(diǎn)，倍受人們的推崇。但深入分析后發(fā)現(xiàn)，也并非完美無(wú)缺。GB11021規(guī)定：H、B級(jí)耐熱等級(jí)的最高溫度分別為180℃和130℃，H級(jí)比B級(jí)允許的溫度約高40％。也就是說(shuō)，在主電路設(shè)計(jì)時(shí)，其線圈的電流密度可以大幅度提高，以減小導(dǎo)線的截面積。隨之而來(lái)的是導(dǎo)線的電阻，也即電路的阻抗增加。這對(duì)于大電流焊接的螺柱焊機(jī)而言，則是致命的缺點(diǎn)。假如焊接電源主電路的絕緣由B級(jí)改為H級(jí)，次級(jí)回路所有導(dǎo)線截面積的減小而導(dǎo)致總電阻的增加那怕只有0.006Ω，按2500A焊接電流計(jì)算，其增加的功耗為37.5kw，再加上主變壓器初級(jí)增加的功耗，則是相當(dāng)可觀的。焊接電源主電路的功耗增加，勢(shì)必減小輸出的焊接功率，使焊接能力下降，這便是體積、重量的減小付出的代價(jià)。也就是說(shuō)，焊接同一直徑的螺柱，H級(jí)比B級(jí)絕緣的焊機(jī)需要更高的功率才能達(dá)到同一效果，效率明顯下降。國(guó)產(chǎn)RSN2-3150電弧螺柱焊 機(jī)，B級(jí)絕緣，能焊接d=30mm的焊釘，這是同等級(jí)的H級(jí)絕緣的電弧螺柱焊機(jī)無(wú)法達(dá)到的。
一般地講，焊接黑色金屬時(shí)，應(yīng)采用“直流正接”，即螺柱（焊槍）接焊接電源的負(fù)極，工件接正極，這樣可以增加熔深。因?yàn)楹附訒r(shí)，陽(yáng)極的溫度高于陰極的溫度。若焊接銅、鋁及其合金時(shí)，則應(yīng)“直流反接”，即螺柱接正極，工件接負(fù)極。這樣可以利用正離子的轟擊霧化作用，清除工件表面的氧化層，提高焊接質(zhì)量。使用電弧螺柱焊機(jī)或電容放電螺柱焊機(jī)焊接時(shí)，其極性都應(yīng)如此。
2.電弧螺柱焊的焊接工藝參數(shù)
      電弧螺柱焊的焊接工藝參數(shù)有焊接電流、焊接電壓、焊接時(shí)間、提升高度、伸出長(zhǎng)度、插入速度等。
a、焊接電流主要根據(jù)螺柱的直徑進(jìn)行調(diào)節(jié)，大約為300～3000A。對(duì)于非合金鋼，在已知螺柱直徑d時(shí)，可以用下式估算焊接電流2）：
I（A）=80×d（mm） d≤16mm （2）
I（A）=90×d（mm） d＞16mm （3）
對(duì)于合金鋼，其焊接電流大約比上式計(jì)算值少10％。
短周期電弧螺柱焊的焊接電流（600～1500A）與電源有關(guān)，是固定的，因此，焊接能量?jī)H依賴于焊接時(shí)間。
b、電弧電壓與焊接電流的關(guān)系是由焊接電源的靜外特性決定的。電弧電壓主要取決于提升高度和焊接電流，其值一般為20～40V。焊接時(shí)，工件
表面
上的油或油脂會(huì)增加弧壓，而惰性氣體則會(huì)降低電弧電壓。
c、對(duì)于平焊（工件焊接平面平行于地平面），其焊接時(shí)間可用下式進(jìn)行估算：
tw（s）=0.02×d（mm） d≤12mm （4）
tw（s）=0.04×d（mm） d ＞12mm （5）
對(duì)于橫焊（工件焊接平面垂直于地平面），其焊接時(shí)間應(yīng)該減小。短周期焊接時(shí)間小于100ms，這不僅依賴于螺柱直徑，而且還與電流強(qiáng)度有關(guān)。
d、焊柱的提升高度正比于螺柱的直徑，大約為1.5～7mm。提升高度主要是為了防止熔滴過(guò)渡時(shí)造成短路而影響電弧的穩(wěn)定性及焊縫質(zhì)量。維持電弧的穩(wěn)定，為焊接提供足夠的能量至關(guān)重要。因?yàn)榛≈臏囟冗h(yuǎn)比陽(yáng)極或陰極的溫度要高。穿透焊接時(shí)，要加大提升高度，利用電弧的高溫迅速燒穿鍍鋅板，以獲得滿意的接頭。當(dāng)然增加提升高度也有害處，一方面會(huì)增加電弧的長(zhǎng)度，使之更易受磁場(chǎng)的影響，發(fā)生磁偏吹 ；另一方面也會(huì)增加焊縫的氣孔。