螺柱焊接作為一種歷史不是很久的焊接工藝(和其他焊接相比),在中國廣大工礦企業中得到普及使用也只有10年多的歷史。通過多年的調查統計，目前國內的螺柱焊接生產還是處于粗曠式的生產，雖然進口螺柱焊機得到廣泛使用，但普遍存在使用不當，螺柱焊接生產質量不高，內耗嚴重的情況。本文是根據我們泰勒公司40多年的技術積累和實踐經驗，就螺柱焊接生產中常見的技術問題進行分析歸納和總結，并給出解決方案，以提高廣大國內客戶螺柱焊接生產的質量和效率。
一螺柱焊機使用中焊釘焊不住的技術分析
螺柱焊釘焊不住原因有很多種，以下將盡可能全面的進行螺釘焊不住的情況分析及解決方法：
焊槍調整不正確
大約80%的螺釘焊不住的情況都出自于焊槍參數調整不正確，尤其在鋁釘螺柱焊接時更為明顯。螺柱焊槍參數調整分為壓力參數調整及提升參數調整。
解決方案：根據焊機說明書調整。
電壓調整不正確
如果電壓參數與螺釘規格不匹配，也會造成焊不住的情況。
解決方案：
根據實際焊接效果微調電壓參數，直到達到要求的焊接效果。
螺釘材質影響
此種情況的發生也較為普遍，由于螺釘生產廠商的螺釘質量參差不齊，不排除某些廠商為降低生產成本而采用不符合標準的材料。
解決方案：使用符合ISO13918標準的螺釘。
磁偏吹影響
磁偏吹的影響較多出現在拉弧式螺柱焊接時，儲能式螺柱焊接時較少出現。
解決方案：參見ISO14555焊接標準。
母材放置不穩
此原因出自用戶本身，與其他因素無關，但也不能被忽視。
解決方案：更換母材夾具，使母材固定不動。
接地鉗松動
此種問題可能會引起接地鉗鉗口打火，從而將接地鉗鉗口燒變形造成接地鉗報廢。
解決方案：合理調整接地鉗，確保接地鉗牢固夾緊母材。
與其他焊機共用接地
由于螺柱焊機的工作原理與普通電焊機不同，同一工件上不允許同時讓螺柱焊機與普通電焊機同時工作，否則可能會導致焊接不牢固，嚴重時，可能會引起焊機故障。
解決方案：檢查同一工件上是否有其他焊機同時工作，調整工序安排錯開各焊機使用時間。
焊槍鎖緊螺母未鎖緊
此種情況出現在螺柱夾頭裝夾時的疏忽。
解決方案：檢查鎖緊螺母是否鎖緊。
焊槍提升損壞
此種情況發生在使用提升式螺柱焊槍時。
檢測方法：(1)開機時檢查焊機面板上提升線圈指示燈是否亮起，不亮說明焊槍插頭未插好或焊槍提升損壞；
(2)將提升調至最大刻度(調整提升時務必先將提升調整環向上提起，然后再進行調節，如果直接強行旋轉提升調整環，會導致提升調整環損壞)，將焊接電壓調至最低值，試焊螺釘一次，當有明顯提升感覺時說明提升未損壞，否則表示提升已損壞。
解決方案：如發現焊槍提升損壞，需聯系維修，私自維修可能造成更大損壞。
焊機損壞
當排除以上所有問題可能性時，應判定為設備損壞。
解決方案：聯系維修，私自維修可能造成更大損壞。
二螺柱焊接中焊接效果不美觀的技術分析與解決辦法
螺柱焊接效果不美觀包括熔池過大，熔池不均勻，焊接飛濺太多，母材背面變形四個方面，以下將做具體分析并提出相應解決方案。
1.熔池過大
此種情況出現最為普遍，但出現原因分為多種，以下作盡可能詳盡的分析：
(1)能量設定過高
一般為電壓值設定過高，過大的電流使螺柱尖端和法蘭盤過度燃燒，造成熔池過深過大。
解決方案：根據實際焊接效果微調電壓參數，直到達到要求的焊接效果。
(2)提升距離或彈簧壓力值不正確
此種原因最容易引起熔池過大，尤其在接觸式螺柱焊槍使用過程中容易發生。
解決方案：根據實際焊接效果微調參數，直到達到要求的焊接效果。
(3)焊槍提升損壞
此種情況發生在使用提升式螺柱焊槍時。
檢測方法：1)開機時檢查焊機面板上提升線圈指示燈是否亮起，不亮說明焊槍插頭未插好或焊槍提升損壞；
2)將提升調至最大刻度(調整提升時務必先將提升調整環向上提起，然后再進行調節，如果直接強行旋轉提升調整環，會導致提升調整環損壞)，將焊接電壓調至最低值，試焊螺釘一次，當有明顯提升感覺時說明提升未損壞，否則表示提升已損壞。
解決方案：如發現焊槍提升損壞，需聯系維修，私自維修可能造成更大損壞。
2.熔池擴散不均勻
熔池只能在一面擴散，即磁偏吹影響，原因可能是接地鉗位置不正確或焊接時焊槍不垂直于母材。磁偏吹的影響較多出現在拉弧式螺柱焊接時，儲能式螺柱焊接時較少出現。
解決方案：詳見ISO14555焊接標準。
3.焊接飛濺過大
此種情況多發生在鋁釘的焊接時。
解決方案：焊接前在工件表面用無應力水潤濕；
焊接前在工件表面涂易揮發的輕質油。
4.母材背面變形
母材變形實際上指的就是焊接背面有印痕，背面印痕有兩種表現形式：凸起和凹陷，而形成背面印痕的因素也分為很多種。
（1）焊接電流過大
焊接參數調整不正確不僅會導致焊接熔池過大，而且還可能造成背面印痕過深。
解決方案：經過多次的焊接實驗進行微調，直到達到理想的焊接效果。
（2）焊槍參數調整不正確
焊槍參數調整不正確分為焊槍壓力過大或焊槍提升過大，不正確的焊槍參數同樣會造成焊接不牢固或者背面印痕過大的影響。
解決方案：經過多次的焊接實驗進行微調，直到達到理想的焊接效果。
（3）磁偏吹影響
此種情況發生的可能性比較小，如果發生主要會影響焊接強度或焊縫外觀。
解決方案：詳見ISO14555焊接標準。
（4）母材過薄或表面光潔度要求高
最容易造成背面印痕的原因在于此，一般來說，低于1mm厚度的母材，非常容易造成背面印痕的影響，由于焊接時瞬間通過的電流強度非常大(約幾千到上萬安培)，焊接的變形主要是熱變形為主，過薄的板材(約1mm以下)會在背面形成凹陷，稍厚的板材會形成一定的凸起。一般來說，普通的板材厚度達到1mm以上，基本上看不見明顯的背面印痕，但并非總是如此，焊接螺柱的直徑大小也會對背面印痕產生一些影響，因為螺柱直徑越大，則焊接電流越大。
而對于鏡面板來說，即使是焊接M3的焊釘，都很容易對背面產生不小的影響，因為鏡面板對光潔度要求非常高，稍微一點點瑕疵就會被鏡面反光表現得一清二楚。一般來說要達到基本的背面無印痕效果，板材厚度最少要在1.5mm以上，如果螺柱直徑更大，則需要更厚的板材。如果要達到完全無印痕的效果，可能需要3mm以上的板材。
解決方案：背面印痕的要求最終應由客戶決定。
1)在滿足焊接強度的前提下使用較低的焊接電流可以在一定程度上緩解背面印痕的影響。
2)焊機本身質量也成為影響背面印痕的重要因素之一，如有條件可更換性能質量更好的焊機進行測試。
3)上述兩種方法無法達到理想的效果，則需要增加板厚。
三螺柱焊接中焊接背面有印痕技術分析與解決方案
焊接背面有印痕的因素有很多種，大多數是因為操作不當引起的，也有部分原因是本身固有的，以下將做逐一分析：
1.板材過薄
使用厚度在1mm以下的薄板，在焊接直徑較大的螺柱時背面印痕將比較明顯，這種印痕稱之為熱變形。
焊接熱變形影響：焊槍在進行焊接時，焊接電流通過焊釘，以極快的速度(1-3ms)釋放，瞬間釋放電流達到5000-10000A，強大的電流勢必帶來較大的熱量，加上焊槍本身的壓力以及焊槍的提升線圈引起的焊釘向下沖擊力，導致板材變形，這種變形是微量的，但是在較薄的金屬板或者要求較高的鏡面板上變形將比較明顯(鏡面板上會體現出極為細小的瑕疵，因此任何細微變形在鏡面板上都會相對明顯)
2.鏡面板焊接
原因如上所描述，在要求非常苛刻的情況下(指要求在多側面擇光觀察下背面達到完全沒有印痕)，2mm以下厚度的鏡面板在焊接時，很難做到完全意義上的背面無印痕效果，板材越薄，則印痕越明顯。
以上為焊接本身固有原因導致的背面印痕影響，以下將為您分析由于操作不當而導致的背面印痕過大問題
（1）焊接電壓過大
焊接電壓過大是造成背面印痕過大的主要原因，并非焊接電壓越大，焊接越牢固，相反的，使用過大的電壓進行焊接，不僅影響焊接表面質量，更可能影響焊接強度。
過強的電壓會使焊釘的法蘭盤過度燃燒，導致法蘭盤燒毀，不僅焊縫不美觀，強度也不能達到預期的效果。
（2）焊槍壓力過大
此并非主要原因，但在焊接相對較薄的板材時會有一定的影響，如果減小焊槍的壓力，在焊接較薄的板材時可適當減輕背面印痕，但相對的，焊接牢固程度可能會略受影響。
鏡面板和拉絲面板是冷軋板中的一種，材質一般為鋁或者不銹鋼，常用于鋁幕墻行業和表面質量要求很高的不銹鋼金屬飾品。
采用此兩種工藝的面板本身表面光潔度非常高，并且表面有一層塑料貼膜覆蓋加以保護。
不銹鋼鏡面板、不銹鋼拉絲面板、鋁鏡面板、鋁拉絲面板，厚度一般在1mm－1.2mm，要求焊接M3－M5的螺柱，并達到背面無印痕的效果。
這樣的要求對于任何一臺螺柱焊機來說就是近乎苛刻的，因為儲能式螺柱焊機的焊接時間非常短，通常只有1－3ms，而在這么短的瞬間釋放出較大的電流，電流強度高達幾千A，瞬間的強電流帶來的是巨大的熱量，該熱量足以將螺柱的尖端熔化。
不銹鋼的熔點約為1500°C，鋁的熔點約為700°C，雖然只是一瞬間的高溫的熱脹冷縮，但再加上螺柱焊槍的壓力，足以使較薄的板材發生輕微的不可恢復的熱變形。
作為表面光潔度要求非常高鏡面板而言，即使是細微的印痕，在光的鏡面反射和漫反射下也會將其擴大數倍，導致人的肉眼可以分辨出痕跡。
綜上所述，造成背面印痕的主要原因是熱變形的影響。
如果要完全消除背面印痕，則面板厚度至少需要達到2mm以上，而在不增加板厚的情況下，只能做到盡量減小背面印痕：
1.減小焊接能量
在不影響焊接強度的情況下，盡量減小焊接能量，可以有效的減小焊接背面印痕。必須指出的是，減小焊接能量將減小焊接強度，而各個廠家對焊接強度的要求是不同的，經過焊接測試只要達到了要求的焊接強度即可。
2.調整焊槍參數
焊槍的提升/壓力參數也可能影響焊接的背面印痕，但調整焊槍參數來減小焊接印痕需要通過大量的焊接試驗才能得到最佳的印痕效果，一般較難做到。
3.不要在有涂層的面板上進行焊接
涂層板一般來說是不利于焊接的，多數涂層是絕緣涂層，在焊接時絕緣涂層與焊釘，焊鉗之間容易產生火花和飛濺，導致更大的印痕和焊鉗的損傷，所以我們強烈建議您不要在有涂層的面板上進行焊接，如果必須有涂層存在，您可以在焊接完螺釘后再進行表面處理，這樣做一定程度上還可以減小背面印痕。
4.使用高品質焊釘
焊釘材質對焊接印痕的影響也是較大的，雜質過多的螺釘需要更大的能量才能得到較好的焊接強度，并且雜質過多的螺柱容易導致更大的焊接飛濺，影響母材表面質量。
5.減小螺柱直徑
較小的螺柱可以很大程度上減小螺柱的印痕效果，下列一組數據，焊接螺釘最小需要多厚的母材才能基本解決焊接背面印痕問題：
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M3
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M4
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M5
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不銹鋼鏡面板
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1.8mm
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2.0mm
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2.5mm
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不銹鋼拉絲面板
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1.8mm
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2.0mm
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2.5mm
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鋁鏡面板
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1.5mm
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2.0mm
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2.5mm
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鋁拉絲面板
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1.0mm
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1.5mm
|
2.0mm
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以上數據僅供參考，具體情況可能與此表數據有一定區別，請以實際參數為準。
四 在涂層板(表面氧化板)上進行螺柱焊接的技術分析與解決辦法
涂層板(表面氧化板)都是經過表面處理過的金屬板，不同的表面處理工藝會對螺柱焊接產生一定的影響。表面處理涂層種類很多，但大致分為兩類：絕緣涂層和導電涂層。
1.絕緣涂層
多數表面處理工藝是在金屬板表面覆蓋一層絕緣涂層，絕緣涂層是不利于焊接的，因為螺柱焊接時，焊槍－螺柱－金屬板－接地電纜將通過瞬間的強電流(5000-10000A)，如果導電性能不好，很可能會引起絕緣接口處打火，即螺釘與金屬板，金屬板與接地鉗之間打火。
螺釘與金屬板之間打火，可能會引起飛濺過大，焊接強度減弱，背面印痕相對更深，或者有可能燒壞螺柱夾頭。
金屬板與接地鉗之間打火，容易造成接地鉗損壞，從而影響焊接質量以及焊機壽命。
我們一般不建議在表面有絕緣涂層的金屬板上焊接螺柱，但這并不意味著無法在絕緣涂層金屬板上進行螺柱焊接。
首先將接地鉗口與金屬板接觸的地方打磨一下，保持良好的導電性能。
另外焊接能量也需要按實際情況適當提高。焊接時，利用螺柱尖端劃破表面涂層，使焊機接地燈亮起，即可進行焊接。
2.導電涂層
導電涂層相對來說問題不大，只是可能會引起一些焊接飛濺，對此種情況不需要特殊的處理，可根據實際焊接情況調整焊接能量即可。
五 冷軋板與熱軋板對螺柱焊接的影響及對策
冷軋板與熱軋板多數情況下是針對低碳鋼板而言的，一般來說不銹鋼板或鋁板等有色金屬板大多是冷軋板。
1.冷軋板
冷軋板表面光潔度較高，表面沒有阻礙焊接的涂層，因此非常利于焊接的進行。基于這樣的特點，冷軋板非常適合于薄板焊接。
薄板焊接一般要求金屬板的厚度為0.5mm到3mm之間，因此用于螺柱焊接的冷軋板厚度一般也在3mm以下。
冷軋板的焊接一般使用儲能式螺柱焊機，焊接螺柱的范圍一般在M3-M10之間。
2.熱軋板
熱軋板表面有一層較厚且厚度不均的氧化層，或稱為氧化皮。氧化皮多數呈不均勻的深色，并且板材表面光潔度較差。
由于該氧化皮的存在阻礙了焊接的進行，在焊接時，焊接電流必須首先突破氧化層的阻礙才能到達金屬板表面進行焊接，因此需要較長的焊接時間才能保證焊接的強度。
儲能式螺柱焊的焊接時間很短，只有1-3ms，無法進行持續的能量釋放，因此雖然不是完全焊不住螺釘，但也無法很好的保證焊接強度和焊接一致性，造成一定的掉釘率。
熱軋板多數用在厚板焊接，板厚一般在3mm以上。厚板的焊接推薦使用拉弧式螺柱焊機進行長周期焊接，長周期焊接時間一般在100到3000ms之間，因此焊接強度可以達到保證。
但熱軋板也有用于薄板焊接的情況，此時如果仍使用拉弧式長周期焊接的話就可能造成焊穿薄板的情況發生，而使用儲能式螺柱焊接則無法保證焊接強度。
在此種情況下應使用拉弧式短周期焊接，短周期焊接時間在5ms到100ms之間，在保證焊接強度的情況下不至于將金屬板焊穿。
本文雖無法羅列所有螺拄焊接生產過程中可能遇到的問題，如材料的可焊性，但基本上涵蓋了大部分常見的螺拄焊接生產問題，也歡迎廣大讀者指正與交流。
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