钢螺柱-钢板摩擦螺柱焊接结构设计和工艺研究(2)
钢螺柱-钢板摩擦螺柱焊接是一种以摩擦热为热源的一种固态连接方式，具有摩擦焊的优点，在石油、天然气、军工等行业具有重要的用途，以及非常广阔的前景。在焊接过程中，工艺参数对其焊接结果的影响较大，需要较为准确地控制摩擦时间、摩擦压力、锻造压力等以优化工艺参数，在焊接过程中由于会产生氧化物等脆性材料，对接头性能产生影响，在实验过程中应做好清理工作保证焊接的正常进行。
1.2 螺柱焊的分类和介绍
螺柱焊是一种将螺柱与固体金属（例如板材、螺柱）相互之间连接的焊接方法，通常的螺柱焊是利用螺柱与固体金属相接触，然后通过电弧，待金属融化后施以顶锻压力使金属间相连[4]。螺柱焊具有如下特点：
1．节省时间并且节约成本
相对于其它焊接方法来说，由于螺柱焊在焊接过程中，并不需要钻孔、拧螺纹、铆接等机械连接步骤，仅仅通过电弧或电阻或摩擦力等方法提供热源以完成焊接，所以相对而言，螺柱焊就节约了时间和成本
2．螺柱焊在结构设计方面具有很好的应用潜力
一般情况下，螺柱焊的焊接过程中，焊接时间相对而言是比较短暂的，通常在5S以内。所以，这就说明了在螺柱焊的焊接过程中，一般通有较大的焊接电流，但是产生的焊接熔深却相对较小。这一特点使得螺柱焊在薄板焊接中具有较好的焊接性。另一方面，由于螺柱焊是在比较短的时间内快速完成焊接的，所以在进行螺柱焊后，焊件的变形小，而且也并不需要进行再次修整就可完成焊接，使得焊接过程得到简化。而由于螺柱焊的焊接结构也不需要钻孔、冲孔等板材操作，所以也就不会造成泄漏等缺点。
3．良好的经济性
相对于其它焊接方法，螺柱焊具有很高的焊接功率，尤其对于批量生产工件而言，螺柱焊可以在很短的焊接时间内可达到超高效率。就目前生产销售市场而言，一般的标准螺柱为工厂流水线生产，而且生产材料较为低廉，并且，螺柱焊的焊接方法与焊接设备也很丰富，不是单一的生产、焊接模式[5]。而另一方面，螺柱焊具有较小的废品率，焊接质量较高，所以从一方面也说明螺柱焊的经济性。
根据焊接方法的不同，就目前螺柱焊的发展与社会实际应用而言，螺柱焊大概可以分为电弧螺柱焊、电阻螺柱焊、摩擦螺柱焊等等不同的多种焊接方法，其中，电弧螺柱焊因为生产效率高、焊接时间短、热输入较小、易于薄板焊接等诸多优点而应用较为广泛[6]。
1.2.1 电弧螺柱焊
最早的电弧螺柱焊起始于1939年，运用传统的引弧方式，使得接触面熔化，并施加一定的顶煅力从而完成焊接。这种焊接方式几十年不断的发展，逐渐形成了较为固定的焊接模式。
一般的电弧螺柱焊由于具有焊接接头强度高、在实际操作中工作简单、可以进行全位置焊接、对工作环境的适应能力高、易于实现自动焊、焊接熔深大等诸多优点，所以较为普遍的应用于桥梁建设、建筑建造、船舶制造等等重工业的建设之中。传统电弧螺柱焊枪如图1.1所示 [7]。
图1.1 传统电弧螺柱焊枪示意图
根据示意图，我们可以看出，传统电弧螺柱的焊枪的主体结构是电磁线圈与弹簧，在进行电弧螺柱焊的焊接过程中，通过线圈不断的通电与断电过程，并且结合弹簧的压缩与释放来使得螺柱进行往返运动，而完成焊接的。
电弧螺柱焊的原理：一个棒状材料与一个板材之间利用电弧加热使得材料熔化再施加顶煅力以实现焊接的过程。