短周期螺柱焊作为“小直径螺柱在薄板上植焊”的方法之一,在“厚”涂层薄钢板上植焊方面发挥了极大的优势,成为汽车制造螺柱植焊生产最基本的工艺方法。这是C.D.螺柱焊(接触式或间隙式)及C.D.D.螺柱焊所永远不可能做到的。这里说的“小直径螺柱”是指直径小于10mm的钢制螺柱。但对于C.D.螺柱焊及C.D.D.螺柱焊来说,直径为10mm的螺柱已经是应用极限了。
短周期螺柱焊的另一个优势是,可以向较长周期的大直径螺柱焊接的方向发展。
当直径大于12mm的螺柱要植焊在金属较薄板件上时,通常考虑采用长周期的电弧螺柱焊焊接方法。电弧螺柱焊焊接方法可以植焊的螺柱直径为12~25mm。但是它有很大的焊接熔池(熔深大于2.5mm),在中厚板上焊接会有满意的焊接质量,却有可能将较薄的焊件烧穿。其次,这种依靠瓷环保护并对焊脚制约成形的电弧螺柱焊焊接方法,是由于瓷环本身影响了自动填料而无法实现自动化焊接生产。为此不得不重新审视短周期螺柱焊接方法的边界条件。如果不考虑短周期螺柱焊的先导电弧对焊件金属表面涂敷层的清扫作用,仅仅视之为起到高压引弧的作用,那么短周期螺柱焊的以下特点是短周期向长周期延伸可能成为在较薄焊件上植焊大直径螺柱的基础:
1)短周期螺柱焊焊接过程(焊接电弧燃烧过程)中具有极好的可控性。燃弧时间可以随意延伸。
2)能够获得较浅的熔池深度,因为要植焊薄板,径/厚比与长周期螺柱焊比较要大得多。可以依靠螺柱端部的法兰(也称凸缘)来提高接头的承载能力。
3)可以自动填料实现自动化植焊生产。
短周期螺柱焊的焊接周期公认的标准应该在100ms以内,大直径螺柱(直径大于12mm)的短周期气体保护螺柱焊的焊接参数如表5-1所显示的,实际上已经超出了这个范围,但仍然比同样条件下长周期螺柱焊(瓷环保护电弧螺柱焊)的焊接时间短得多,显然节省了50%以上的能量。
保护气体选用ϕ(Ar)92%+ϕ(CO2)18%混合气体,氧化性气氛(CO2)改善了液态金属的表面张力,使接头有良好的焊缝熔透形式。保护气的气流冲刷效果,即使提升高度超过4.0mm时,仍然能够将电弧的偏吹影响降低到可以忽略的程度(电弧的偏吹会使焊件表面焊接区熔化不均匀,而成为未熔合或缩孔等缺陷发生的根源)。图5-7是直径为16mm螺柱短周期植焊焊接接头的外观照片和金相磨片图。该接头的焊接参。对焊接效果有较好的再现性。