栓钉焊机剪力钉焊接机

栓钉，又称焊钉或剪力钉，在钢结构建设及基建桥梁的组装中，是连接结构与混凝土的关键连接件。通过焊接技术，栓钉能牢固嵌入混凝土并与结构件紧密相连。本文将探讨栓钉的焊接工艺 —— 螺柱焊接的原理及要求。

焊接设备及特点

设备：长周期拉弧式逆变螺柱焊机常用于栓钉焊接。焊接时间在 100ms - 2000ms 的拉弧式螺柱焊为长周期拉弧焊，适用于焊接直径 10mm 以上的螺柱。此类焊机的变压器放电时间精准，可精确到 1ms。其焊接特点为焊接熔池深，适合焊接热轧板、厚板等，且焊接强度高，适合焊接大直径螺柱。代表性焊机有 RSN - 1600、RSN2500 等。

焊接原理

螺柱焊是将金属螺柱或类似零件，经瞬间加压和放电，使整个端面焊于工件上的焊接方法。其接头强度可大于螺柱本身强度。

焊接注意事项

材料限制：和其他熔化焊类似，螺柱焊对钢中的含碳量有要求。对于结构钢螺柱，含碳量应在 0.18% 以内，母材含碳量应在 0.2% 以内。应根据螺柱焊的不同方法，按推荐的螺柱材料和母材组合施焊，超出推荐范围的组合需通过试验确定可焊性。

焊接电流：作为螺柱焊热源的电弧，其使用的电流强度和电压应符合操作条件。对于直径超过 10mm 的螺柱，普遍采用陶瓷环作保护。

能聚焦电弧在工件表面。

容许高温，使陶瓷环燃烧室形成的金属蒸气从切口排气逸出，阻止大气在工件表面停留，减少大气与熔池金属的作用。

螺柱浸入工件时，陶瓷环横向位移压力可使熔池金属形成的焊缝加强高定型为环状形。

陶瓷环作用：

陶瓷环使用要求：陶瓷环只能用于一次焊接，金属固化后通常破裂除去。应储存在干燥处，受潮后需加热干燥处理。且陶瓷环与螺柱装配必须同心，倾斜和不均匀接触环口的不能使用，否则影响螺柱在焊枪内的运动及焊接质量。附加陶瓷环可改善焊缝加强高并限定电弧接近工件表面。

螺柱间引燃附加物：对于使用陶瓷环拉弧螺柱焊的螺柱，焊接时间超过 150ms 时，通常采用带涂（喷）铝或附加铝球，因铝具有低电离特性，易引燃，且其与氧的高亲和力可阻止氧和碳的反应并使熔池镇静。

焊接过程

引弧：引弧在螺柱与工件接触时产生。焊接电源储备电压足够时，接通 10 - 30A 的微小电流。螺柱尖端有附加铝的结块球状物或前端平面有铝引燃层作为引燃附加物，因铝的逸出功率比钢小（Al：3.95 eV；Al₂O₃：3.17 eV；Fe：4.79 eV），电弧引燃较容易，同时可用于熔池脱氧。对于短周期拉弧螺柱焊，螺柱向下运动时接通主电弧是必要的，一般先导电弧无焊接过程，但特殊情况时，点爆可对工件表面层造成适当干扰。

焊接电弧：拉弧螺柱焊常用陶瓷环屏蔽，难以观察焊接电弧。有人将陶瓷环打开 90°，用 6000 幅 /s 高速摄影机跟踪观察，发现直径 22mm 平坦螺柱尖端起弧在螺柱中部，并迅速向边缘运动熔化，螺柱和母材的熔池迅速铺开，呈现强烈带噪声沸腾的金属蒸气。熄弧时，会观察到基于螺柱和工件位置的熔池扩大及小的熔珠滴落溶解在熔池。若焊接参数选择不当（如微小的提升高度、较长的焊接时间），会形成短路熔滴冲击过渡，标准焊接电源约提供 1.5 倍焊接电流值时，会出现爆炸性的短路过程，导致强烈飞溅和不良焊接。利用电压示波波形图观察，螺柱焊按标准提升高度值时，电弧电压接近恒定值，约 30V（富氩混合气时约 27V）。使用附加保护气体焊接较大直径（19 - 22mm）螺柱时，电流比推荐的标准电流值约大 3%，可避免增强气孔生成。

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