螺柱焊接技术由于具有快速、可靠、操作简单和成本低等优点，所以可以代替焊条电弧焊、铆接及钻孔等连接工艺，可焊接不锈钢、碳钢、铝以及铜等金属，现已广泛应用于汽车、船舶制造等领域。将螺柱或类似的金属柱状物及其他紧固件焊接在工件上的方法称为螺柱焊。目前应用最广泛的方法是电弧螺柱焊，根据焊接电源的不同，可分为储能式螺柱焊和拉弧式螺柱焊，现我公司已分别使用一台储能式螺柱焊机和一台拉弧式螺柱焊机。

1. 储能式螺柱焊

（1）储能式螺柱焊由充电电容放电提供焊接所需的能量，当电容放电时，螺柱和工件之间出现很短时间的电弧，电弧会熔化工件表面和螺柱顶端的少量金属，随后螺柱浸入熔池，熔化金属迅速冷却，形成焊接接头。储能式螺柱焊的焊接时间极短，通常情况下在5ms之内，无需保护气体；熔池浅，约0.1mm，工件背面无变形、无压痕，适应于薄板焊接；可用于焊接碳钢、不锈钢、铝及铜等金属；板厚与螺柱直径比可达1∶10。

（2）储能式螺柱焊的焊接参数主要有：螺柱直径、焊接电压、焊接时间和螺柱伸出长度。储能式螺柱焊显著的特点是电容放电过程不可控和焊接时间不可调。螺柱伸出长度可以根据经验来确定，通常在1.0～1.5mm。

（3）储能式螺柱焊的焊接能量是由螺柱焊机电容组的电容量和充电电压决定：W＝CU2，其中，W为焊接设备的额定储存能量，C为电容器组的总电容量，U为充电电压。

（4）储能式螺柱焊设备的瞬间焊接电流峰值为1000～10 000A，这取决于设备电容量、充电电压、焊接回路电阻和电感。一般来讲，从保护操作者和设备本身的安全性考虑，充电电压通常在200V之内。由于设备出厂时，电容量已经固定，所以实际工作时，只能调节充电电压，根据螺柱直径大小和工件板厚，确定合适的电压值。

（5）该储能式螺柱焊机通过一年多的使用，降低了工人的劳动强度，提升了产品质量，节约了生产成本；缺点是充电时间需减少，才能很好地提高生产效率。

2. 拉弧式螺柱焊

（1）拉弧式螺柱焊与储能式螺柱焊的电容放电不同，它是通过晶闸管控制的直流电源或逆变式焊接电源来进行焊接。拉弧式螺柱焊接工艺，螺柱和工件的金属熔化量比储能式螺柱焊多，熔深较深，影响焊接质量的参数较为复杂，螺柱所能承受的强度也更大。

（2）拉弧式螺柱焊的工作过程是：螺柱接触工件，通电后利用螺柱夹持机构提升螺柱，此时螺柱与工件之间出现稳定燃烧电弧，电弧热熔化螺柱顶部和工件表面，随后螺柱夹持机构压迫螺柱下沉到工件熔池，断电后形成焊接接头（见图2）。短周期螺柱焊与长周期螺柱焊不同的地方是焊接时间仅为长周期螺柱焊的十分之一到几十分之一。  

（3）拉弧式螺柱焊接参数主要有：焊接电流、焊接时间、引弧电流、引弧时间、提升高度、螺柱伸出长度以及送钉时间等。焊接电流：主要根据螺柱顶部直径来选择，就普通低碳钢而言，焊接电流和螺柱直径的关系为：短周期螺柱焊 I＝（95～110）d，d＝3～15mm；长周期螺柱焊 I＝（50～100）d。焊接时间：短周期螺柱焊，Tw＝（4～5）d，d＝3～15mm；长周期螺柱焊，Tw＝（10～100）d，d≥16mm。对于短周期螺柱焊来讲，焊接时间通常在20～100ms之间；长周期螺柱焊，通常对于焊接强度要求高，熔池深，焊接时间为200～2000ms。无论短周期螺柱焊或者是长周期螺柱焊，其焊接时间与焊接电流共同组成焊接输入热量，可以互相配合、灵活调节。引弧电流和引弧时间：这两个工艺参数仅在短周期拉弧式螺柱焊中出现，目的是清除工件表面与螺柱顶部法兰的油污、油脂或涂层。引弧电流一般为30～50A，可调范围比较小；引弧时间通常为20～40ms。提升高度：是决定焊接质量的一个重要参数，它与螺柱直径成正比。提升高度能有效防止因熔滴过渡时短路所造成的电弧不稳和焊接成形不良。但过高的提升高度也有不利的一面：一是因电弧的增长而影响焊接质量；二是易增加焊缝气孔数量。对于短周期螺柱焊来说，利用电磁感应提升螺柱的焊枪，提升高度通常为1.2mm，利用伺服电动机提升螺柱的焊枪，提升高度通常为1.5mm。螺柱伸出长度：对于长周期螺柱焊来说，是螺柱熔化的长度与工件熔池深度之和，与螺柱直径成正比，经验值在1.5～6mm；对于短周期螺柱焊接而言，电磁式焊枪的螺柱伸出长度是螺柱熔化的长度加工件熔深，通常为1.2mm；伺服电动机式焊枪的螺柱，其伸出枪嘴端面的一定长度，只是便于螺柱与工件接触，而形成稳定的电路短路，通常为2.2～3mm。伺服电动机式焊枪的螺柱熔化长度与工件熔池深度为单独的参数值，与螺柱伸出长度没有直接的关系。焊接电流、焊接时间、螺柱提升高度和螺柱伸出长度是拉弧式螺柱焊接工艺的4个重要参数，在实际工作中应根据螺柱直径和工件厚度、材质来设定。要进行多次试焊，根据焊接效果调节出合适的工艺参数。

（4）设备组成及特点：拉弧式螺柱焊设备主要由焊接电源、控制系统、焊枪以及接地钳等组成，根据要求可以配备自动送钉的送料设备。通常焊接电源都与控制系统结合在一起，称为焊接主机。拉弧式螺柱焊的最大特点是瞬间大电流，所以要求焊接电源在很短时间内焊接电流达到设定值，短周期螺柱焊机电流上升的时间更短，如果供电电网电源的容量不足会导致焊接电源的电压不稳，造成焊接质量不良。

3. 螺柱焊接技术在汽车行业的应用

螺柱焊具有快速、可靠、操作简单及无孔连接等优点，正在替代汽车制造中的铆接、钻孔等连接工艺。储能式螺柱焊由于焊接时间、焊接电流不可调，熔深很浅，因而在汽车行业的应用很少。目前汽车行业应用的螺柱焊工艺是短周期拉弧式螺柱焊，主要采用逆变式焊接电源，现我们公司焊装车间新增的拉弧式螺柱焊，通过半年的使用，大大提高了生产效率，降低了生产成本。

4. 螺柱焊接技术的发展趋势

随着计算机技术、自动化技术及电子电力技术的不断发展，目前焊接设备正在向自动化、智能化和数字化的方向发展，螺柱焊作为一种焊接技术工艺当然也在顺应着这个发展趋势。