一、文献综述
- 引言
螺柱焊是采用专用的焊接设备，在螺柱( 或类似的构件) 端头和焊件的表面之间引燃电弧，然后加热并熔化结的合部位,最后快速地挤压在一起而形成焊接接头的一种电弧焊接方法。相比于其他焊接工艺，螺柱焊具有以下优势：不需要钻孔、冲孔、车螺纹、铆接、拧螺纹和精整等步骤。因此螺柱焊工艺具有快速简单、可靠方便、成本低廉等众多优点，可代替传统的螺柱连接工艺[1-4]。
螺柱焊接技术发展到今天，已经成为西方发达国家的一种基本的热加工方法，螺柱（焊钉）的焊接大约有80%以上是通过螺柱焊机完成的。至于螺柱焊接技术的广泛应用，比如车辆、 造船、 锅炉、 钢结构、 建筑、 电子、 仪表、医疗器械等行业，还是从20世纪的90年代才逐步展开的，到现在也只有二三十年的历史。因此螺柱焊在我国还是一种刚刚兴起的行业，不论焊接设备，还是焊接工艺都与国外有不少差距。分析这种差距，并逐步缩短这种差距，直至赶超世界水平则是我国螺柱焊接行业的主要研究方向[5]。
目前国内外采用的螺柱焊工艺方法和焊接装备在薄、 中厚度( 如 12~ 16 mm 以下) 低碳钢使用效果良好, 但对于大厚度板或碳当量很高的中薄钢板,容易出现偏弧、未熔合、孔洞及裂纹等缺陷制约重型车辆制造业向现代化、自动化、智能化的发展。现在针对螺柱焊过程出现的影响焊接质量的问题，采取铝热反应辅助螺柱焊的方法[6]。通过对不同辅助铝热稳弧剂的添加及工艺参数的匹配，从未焊透、未熔合、气孔、裂纹的抑制进行对比研究，从而达到工艺最优化的目的。通过项目的实施，在理论上和实践上探索改善装甲钢螺柱焊质量的工艺方案。特别是针对大直径螺柱，重点改善未焊合及裂纹的缺陷。
- 螺柱焊研究现状
2.1传统螺柱焊发展
根据焊接过程中所使用的焊接电源不同，传统的电弧螺柱焊分为普通电弧螺柱焊和电容储能电弧螺柱焊两种方法[7]。储能式焊接熔深小，主要用于薄板的焊接，拉弧式焊接熔深大，广泛用于重工业的生产。
储能式螺柱焊接采用大容量电容作为焊接能量来源，通过可控精确控制放电时间，以低电压、强电流将螺柱尖端迅速融化，使螺柱和工件面快速融合，将螺柱焊接在工作面上，整个过程维持1-3ms[1,8]。对比储能式螺柱焊，拉弧式螺柱是一种更为稳定的焊接工艺，一般分为长周期和短周期，其焊接原理基本相同。长周期可以连续焊超过100ms，短周期只适用于短于100ms的焊接，长周期需要瓷环保护，短周期需要惰性气体进行保护，相对长周期来说，短周期有点事：成本低，熔深大，周期小[9]。
2.2 复合热源螺柱焊
美国焊接学会将“复合热源”定义为：将两种明显不同的焊接工艺方法组合成一种焊接工艺方法。使用复合热源作为焊接热源的工艺方法能有效的解决一些传统螺柱焊无法解决的问题，因此这种焊接工艺也成为了焊接技术研究的热点和趋势。近年来复合焊接工艺及其相关设备的研究主要有以下几种。
