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【摘要】电弧螺柱焊作为一种比较常用的焊接技术，具有焊接速度快以及高质量的再现性，重复性强等特点。目前该焊接技术已经在包括船舶电气支件焊接等领域中得到了广泛的应用。本文从电弧螺柱焊的相关概念谈起，然后就电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的利用进行说明，最后就实际工程应用进行剖析。
【关键词】电弧螺柱焊， 船舶电气支件， 焊接 ，利用
【 abstract 】 arc stud welding column as a kind of more commonly used welding technology, with welding speed and high quality reproducibility, repeatability strong etc. Characteristics. At present the welding technique has been a thing include the electric welding, etc have been widely used. This paper, from the post weld arc stud the related concepts talked about, and then post weld arc stud in Marine electrical a piece of welding show the use, and finally analyze the practical engineering application.
【 key words 】 post weld arc stud, Marine electrical a piece, welding, use
中圖分类号：U66 文献标识码：A文章编号：
一、电弧螺柱焊概述
（一）电弧螺柱焊的特点
第一、电弧螺柱焊的焊接电源往往具有下降的静外特性。只有这样才能维持电弧的稳定性，保证焊接的质量。同时电弧螺柱焊的焊接电源必须要较高的空载电压和引弧电流。以确保百分之百的引弧成功率。另外对于大直径的螺柱焊接，其空载电压一般会超过100V，只有这样才能满足大直径的螺柱焊接需求。
第二、电弧螺柱焊自身要具备较高的负载电压。按弧焊电源下降特性的定义，当焊接电流超过一定数值时，其负载电压应保持不变。如果不增加负载电压加以补偿，就势必会降低其焊接能力，甚至可能无法焊接。因此，为了确保焊接的顺利进行，一般电弧螺柱焊都要配备较高的负载电压。
第三、电弧螺柱焊的焊接电流要有陡升的前沿。螺柱焊接的最大特点是瞬间大电流，因此要求焊接电源在接通后的一定时间内，焊接电流应达到其峰值。否则很难保证电弧螺柱焊的焊接质量。
（二）电弧螺柱焊的焊接工艺要求
第一、电弧螺柱焊的螺柱形状可以是具有使用价值的各种形状，根据所需长度的标准直螺柱，起直径范围在M3和M10之间，除螺纹紧固件外，还可以使用圆形的内螺纹螺柱，大多数螺柱带有凸缘和扩边。
第二、电弧螺柱焊的螺柱材料一般选用低碳钢材料，因为低碳钢材料的螺柱的表面都进行了镀铜处理，有利于导电。
第三、工件要求符合可焊性要求，表面不能有锈，应适当清洁，不然会有污染物夹在焊缝里，影响焊缝强度。
第四、在利用电弧螺柱焊进行焊接时，一般要求施焊工件的厚度在0.4mm到3mm之间。
第五、电弧螺柱焊的焊接参数要视具体型号及焊接材料而设定。
二、电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的利用
电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的利用非常广泛，其中应用最为广泛的就是在艉柱的装焊中的应用，以下就以艉柱的装焊为例，就电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的利用进行说明。
1、艉柱的装焊说明
艉柱由铸钢、锻钢制成，或与钢板组合而成。大型船舶一般采用铸钢结构。尾柱的形式复杂且受铸造设备的限制，所以要分成几段浇铸，再经过装配焊接而成为一个整体。艉柱焊接采用电弧螺柱焊，焊时热量很大，容易产生变形。而艉柱又是舵和螺旋桨的支承，既需要有足够的强度，又要求外形正确，因此对艉柱的焊接质量要求很高。
2、艉柱的装焊步骤
平台上划出艉柱轮廓线、轴线、舵杆中心线、水线、肋骨线→竖立艉柱安装模板→吊装艉柱零件→开准对接坡口→吊对艉柱型线、尾轴与舵轴中心→装配定位→加强→焊接→拆除模板定位焊→矫正变形→焊缝热处理→修顺与外板的搭接边缘→测量。
3、艉柱的焊接
采用电弧螺柱焊打底，然后用CO2气体保护半自动焊的方法分多层封盖。CO2气体保护焊焊丝为H08 Mn2SiA，焊丝直径为1.2，焊接电流应控制在100～120 A。由于铸钢件的厚度较大、形状复杂、含碳量高，电弧螺柱焊的焊条应采用抗裂性较好且较小直径的低氢焊条，而且焊前铸钢件焊缝边，应采用预热措施，预热温度一般为120℃～200℃。
三、实际工程应用说明
（一）工程实例说明
某型船后艉轴架采用双臂支架，由于两支撑臂间距及轴毂下端到支臂顶端的几何尺寸较大，如下图所示。整体浇注困难，浇注时的扭曲变形难以控制，综合考虑工件尺寸、浇注质量、经济性等因素，笔者将支撑臂在近毂端断开，分段浇注，焊接组合成形。
（二）电弧螺柱焊的焊接应用
1、焊接特性分析
（1）ZG230—450C船用铸钢，含碳量较高，淬硬倾向大，在热影响区容易产生低塑性的马氏体组织，在焊接应力作用下容易产生裂纹 。因此，必须制定严格的焊前预热、焊接时道间温度控制和焊后冷却的工艺措施。
（2）艉轴架支撑臂剖面呈机翼型，最大厚度60 mm．随着板厚的增加，焊接接头的冷却速度加快，促使焊缝金属硬化，接头内残余应力增大，需要选用抗裂性能好的低氢型焊条，焊接坡口要避免设计成窄而深的形状，防止产生焊接热裂纹。
（3）由于含碳量较高，焊接时需注意减少氢的来源。焊前彻底清除待焊部位及其附近各种杂质，焊条必须烘焙，对已溶入焊缝和热影响区的氢，需要采取散热措施使之向外扩散。
（4）为减少母材金属溶人焊缝中的比例，影响焊缝的力学性能，焊接接头需做成U形或V形坡口，打底焊及与母材接触面焊应选用小直径焊条、小焊接电流，以减少熔深。
2、电弧螺柱焊的焊接流程
（1）焊前准备
彻底清除坡口及坡口边缘100mm范围内油污、铁锈、水分等杂质，焊条选用J507低氢型焊条，并经350～400°,烘焙2 h，打底及与母材接触面焊选用西2.5mm焊条，直流反接小参数施焊，其余各道选用3.2 mm焊条。
（2）焊前预热
用绳式加热器对焊缝两侧各300mm范围进行预热，加热至90～100℃时，停止加热，待热量向母材内部充分传导，用测温计测量各点温度基本一致后，继续加热至120～150℃ ，达到预热温度后，可立即进行焊接。
（3）焊接过程控制
为减小焊接变形，平焊至单面坡口处．将艉轴架翻转放平后，用扁砂轮打磨清除渗碳层与熔渣，直至露出金属光泽后焊接该面坡口，焊满为止，再将艉轴架翻转，将未焊满部分焊完。焊接结束，立即用石棉布包裹缓冷，使已溶入焊缝和热影响区的氢向外扩散。
3、焊接中应注意的几个问题
（1）为保证焊接的质量，各层各道焊的引弧、熄弧点要错开。
（2）施焊时，应派专人清理道与道、层与层间的氧化物，对局部出现的咬边、夹渣及引、熄弧段均用砂轮机彻底打磨出白，然后施焊。
（3）碳弧气刨产生的高碳晶粒是产生焊接裂纹的致命原因，所以必须彻底打磨干净。
（4）焊接道间温度控制不得低于预热温度。
（5）焊接过程中需锤击热态焊缝金属，以减小焊接应力。
结论：相关数据表明，焊条电弧焊的热影响区是螺柱焊接头的5倍。原因在于电弧螺柱焊的焊接线能量仅为焊条电弧焊的三分之二。电弧螺柱焊在对焊接电流、电压以及焊接时间实现精确控制的前提下，通过使用专用的焊接夹头、焊枪以及磁环，充分保证了焊接质量的一致性，解决了焊条电弧焊在船舶电气支件焊接中的难题，从而有效的促进了船舶电气支件焊接技术的发展。
参考文献：
[1]陈扬科,王博. 专用电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的应用[J]. 电焊机，2006(2).
[2]刘欢欢. 电弧螺柱焊技术的应用[J].长江大学学报，2006(12).
[3]赵建民. 浅析电弧螺柱焊机及其焊接工艺[J].电焊机, 2007(10).
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
【关键词】电弧螺柱焊， 船舶电气支件， 焊接 ，利用
【 abstract 】 arc stud welding column as a kind of more commonly used welding technology, with welding speed and high quality reproducibility, repeatability strong etc. Characteristics. At present the welding technique has been a thing include the electric welding, etc have been widely used. This paper, from the post weld arc stud the related concepts talked about, and then post weld arc stud in Marine electrical a piece of welding show the use, and finally analyze the practical engineering application.
【 key words 】 post weld arc stud, Marine electrical a piece, welding, use
中圖分类号：U66 文献标识码：A文章编号：
一、电弧螺柱焊概述
（一）电弧螺柱焊的特点
第一、电弧螺柱焊的焊接电源往往具有下降的静外特性。只有这样才能维持电弧的稳定性，保证焊接的质量。同时电弧螺柱焊的焊接电源必须要较高的空载电压和引弧电流。以确保百分之百的引弧成功率。另外对于大直径的螺柱焊接，其空载电压一般会超过100V，只有这样才能满足大直径的螺柱焊接需求。
第二、电弧螺柱焊自身要具备较高的负载电压。按弧焊电源下降特性的定义，当焊接电流超过一定数值时，其负载电压应保持不变。如果不增加负载电压加以补偿，就势必会降低其焊接能力，甚至可能无法焊接。因此，为了确保焊接的顺利进行，一般电弧螺柱焊都要配备较高的负载电压。
第三、电弧螺柱焊的焊接电流要有陡升的前沿。螺柱焊接的最大特点是瞬间大电流，因此要求焊接电源在接通后的一定时间内，焊接电流应达到其峰值。否则很难保证电弧螺柱焊的焊接质量。
（二）电弧螺柱焊的焊接工艺要求
第一、电弧螺柱焊的螺柱形状可以是具有使用价值的各种形状，根据所需长度的标准直螺柱，起直径范围在M3和M10之间，除螺纹紧固件外，还可以使用圆形的内螺纹螺柱，大多数螺柱带有凸缘和扩边。
第二、电弧螺柱焊的螺柱材料一般选用低碳钢材料，因为低碳钢材料的螺柱的表面都进行了镀铜处理，有利于导电。
第三、工件要求符合可焊性要求，表面不能有锈，应适当清洁，不然会有污染物夹在焊缝里，影响焊缝强度。
第四、在利用电弧螺柱焊进行焊接时，一般要求施焊工件的厚度在0.4mm到3mm之间。
第五、电弧螺柱焊的焊接参数要视具体型号及焊接材料而设定。
二、电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的利用
电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的利用非常广泛，其中应用最为广泛的就是在艉柱的装焊中的应用，以下就以艉柱的装焊为例，就电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的利用进行说明。
1、艉柱的装焊说明
艉柱由铸钢、锻钢制成，或与钢板组合而成。大型船舶一般采用铸钢结构。尾柱的形式复杂且受铸造设备的限制，所以要分成几段浇铸，再经过装配焊接而成为一个整体。艉柱焊接采用电弧螺柱焊，焊时热量很大，容易产生变形。而艉柱又是舵和螺旋桨的支承，既需要有足够的强度，又要求外形正确，因此对艉柱的焊接质量要求很高。
2、艉柱的装焊步骤
平台上划出艉柱轮廓线、轴线、舵杆中心线、水线、肋骨线→竖立艉柱安装模板→吊装艉柱零件→开准对接坡口→吊对艉柱型线、尾轴与舵轴中心→装配定位→加强→焊接→拆除模板定位焊→矫正变形→焊缝热处理→修顺与外板的搭接边缘→测量。
3、艉柱的焊接
采用电弧螺柱焊打底，然后用CO2气体保护半自动焊的方法分多层封盖。CO2气体保护焊焊丝为H08 Mn2SiA，焊丝直径为1.2，焊接电流应控制在100～120 A。由于铸钢件的厚度较大、形状复杂、含碳量高，电弧螺柱焊的焊条应采用抗裂性较好且较小直径的低氢焊条，而且焊前铸钢件焊缝边，应采用预热措施，预热温度一般为120℃～200℃。
三、实际工程应用说明
（一）工程实例说明
某型船后艉轴架采用双臂支架，由于两支撑臂间距及轴毂下端到支臂顶端的几何尺寸较大，如下图所示。整体浇注困难，浇注时的扭曲变形难以控制，综合考虑工件尺寸、浇注质量、经济性等因素，笔者将支撑臂在近毂端断开，分段浇注，焊接组合成形。
（二）电弧螺柱焊的焊接应用
1、焊接特性分析
（1）ZG230—450C船用铸钢，含碳量较高，淬硬倾向大，在热影响区容易产生低塑性的马氏体组织，在焊接应力作用下容易产生裂纹 。因此，必须制定严格的焊前预热、焊接时道间温度控制和焊后冷却的工艺措施。
（2）艉轴架支撑臂剖面呈机翼型，最大厚度60 mm．随着板厚的增加，焊接接头的冷却速度加快，促使焊缝金属硬化，接头内残余应力增大，需要选用抗裂性能好的低氢型焊条，焊接坡口要避免设计成窄而深的形状，防止产生焊接热裂纹。
（3）由于含碳量较高，焊接时需注意减少氢的来源。焊前彻底清除待焊部位及其附近各种杂质，焊条必须烘焙，对已溶入焊缝和热影响区的氢，需要采取散热措施使之向外扩散。
（4）为减少母材金属溶人焊缝中的比例，影响焊缝的力学性能，焊接接头需做成U形或V形坡口，打底焊及与母材接触面焊应选用小直径焊条、小焊接电流，以减少熔深。
2、电弧螺柱焊的焊接流程
（1）焊前准备
彻底清除坡口及坡口边缘100mm范围内油污、铁锈、水分等杂质，焊条选用J507低氢型焊条，并经350～400°,烘焙2 h，打底及与母材接触面焊选用西2.5mm焊条，直流反接小参数施焊，其余各道选用3.2 mm焊条。
（2）焊前预热
用绳式加热器对焊缝两侧各300mm范围进行预热，加热至90～100℃时，停止加热，待热量向母材内部充分传导，用测温计测量各点温度基本一致后，继续加热至120～150℃ ，达到预热温度后，可立即进行焊接。
（3）焊接过程控制
为减小焊接变形，平焊至单面坡口处．将艉轴架翻转放平后，用扁砂轮打磨清除渗碳层与熔渣，直至露出金属光泽后焊接该面坡口，焊满为止，再将艉轴架翻转，将未焊满部分焊完。焊接结束，立即用石棉布包裹缓冷，使已溶入焊缝和热影响区的氢向外扩散。
3、焊接中应注意的几个问题
（1）为保证焊接的质量，各层各道焊的引弧、熄弧点要错开。
（2）施焊时，应派专人清理道与道、层与层间的氧化物，对局部出现的咬边、夹渣及引、熄弧段均用砂轮机彻底打磨出白，然后施焊。
（3）碳弧气刨产生的高碳晶粒是产生焊接裂纹的致命原因，所以必须彻底打磨干净。
（4）焊接道间温度控制不得低于预热温度。
（5）焊接过程中需锤击热态焊缝金属，以减小焊接应力。
结论：相关数据表明，焊条电弧焊的热影响区是螺柱焊接头的5倍。原因在于电弧螺柱焊的焊接线能量仅为焊条电弧焊的三分之二。电弧螺柱焊在对焊接电流、电压以及焊接时间实现精确控制的前提下，通过使用专用的焊接夹头、焊枪以及磁环，充分保证了焊接质量的一致性，解决了焊条电弧焊在船舶电气支件焊接中的难题，从而有效的促进了船舶电气支件焊接技术的发展。
参考文献：
[1]陈扬科,王博. 专用电弧螺柱焊在船舶电气支件焊接中的应用[J]. 电焊机，2006(2).
[2]刘欢欢. 电弧螺柱焊技术的应用[J].长江大学学报，2006(12).
[3]赵建民. 浅析电弧螺柱焊机及其焊接工艺[J].电焊机, 2007(10).
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。