泰勒总经理 尤建兵
在拉弧螺柱焊接时，辅助材料的作用就是帮助达到优质的焊接效果。常见辅助材料的种类有陶瓷环和使用保护气体。它们用作辅助引燃和螺柱尖端脱氧，不使用辅助材料的螺柱焊接叫做电弧无保护自然燃烧。大气的渗透增加了焊接时飞溅物的生成，较强的氧化层的生成以及出现焊接气孔，并且不使用辅助材料进行螺柱焊接会导致焊缝加强高不均匀和不美观，焊接强度也会下降。在螺柱焊大量生产时，对于6mm直径以下的螺柱，人们以降低焊接时间(10-30ms)和增加焊接电流强度的方法来达到较强的焊接强度和较好的焊缝成形以及减少对气孔生成的反应时间，使螺柱焊接端带有大法兰，增加焊接平面等方法，能达到增加强度的效果(如储能焊钉)。但是对大直径螺柱必须要使用陶瓷环等辅助材料。对于直径超过10mm的螺柱，最普遍的是采用陶瓷环作保护。它的本质作用有：
(1)它能将电弧聚焦在工件表面上，稳定电弧减少热量损失和降低冷却率以及避免电弧偏吹。
(2)因为它容许高温，在陶瓷环燃烧室形成的金属蒸气可以从切口排气逸出。这样就阻止了大气在工件表面停留以及减少了大气与熔池金属的作用。
(3)螺柱浸入工件陶瓷环横向位移压力，能使熔池金属形成的焊缝定型成为一个环形。
陶瓷环是由便宜的物质组成，主要成分是镁-铝酸盐和部分含有氧化铝成分。重要的是要具有对温度变化的稳定性。
但是，陶瓷环只能用于一次焊接，而且一旦熔化金属固化后，通常是破裂要除去的。
陶瓷环应储存在干燥的地方，假若陶瓷环受潮，应当对受潮陶瓷环加热干燥处理。
陶瓷环与螺柱装配必须同心。倾斜和不均匀接触的陶瓷环环口不能使用，否则影响螺柱在焊枪内向下运动，影响焊接质量。
据 ISO13918标准，不同类型的螺柱应配用相应的陶瓷环。
一.瓷环(ferrule)的内腔尺寸设计
螺柱直径对应的焊接留量也称做螺柱的缩短量或烧化长度，焊后基本上变成了焊脚(fillet)(焊缝)，即镶嵌在螺柱根部的条状熔敷物。焊脚的形状尺寸要受到瓷环内腔（成形槽）的制约，它又是瓷环内腔尺寸设计的依据。焊脚的熔化金属量和瓷环内腔的容积之间允许有较大的偏差，即焊脚只要连续即可，在一定范围内的焊脚缺肉和不均匀并不影响接头的力学性能。
二.瓷环的品质及使用要求
瓷环在植焊过程中可以保护熔池不受空气侵犯，以免接头质量恶化，每焊一个螺柱需消耗一个瓷环，这就成了电弧螺柱焊的****工艺特征。瓷环的作用是：
1)机械隔离空气的侵入，降低熔化金属被氧化程度。
2)使焊接电弧集中于焊接区。
3)将熔化金属限制在焊接区防止流失，促成焊脚的成形完整美观。
4)防止邻近区域非金属材料的碳化。
5)确保施焊安全，保护焊工外露皮肤，以免被电弧烧伤。
对瓷环的使用要求有以下几点：
1) 具有高温化学稳定性，不能和熔化的液态金属发生化学反应。
2) 具有耐高温性能及耐热冲击性能。急剧的温升及内外温差要求瓷环必须有较低的热胀性和较高的导热性，以保持其原有的形状。
3) 不会析出有害气体。
4) 焊后自动炸裂。由于瓷环具有一定的强度，在常温状态下，其线胀系数与金属线胀系数的差异，足以使得在焊接结束时，突然冷却的瓷环会自动地炸裂破碎，形成焊接施工垃圾而被清除掉。
瓷环成本较低，容易烧结，国内厂家烧结制造的瓷环的使用效果也颇有差别。焊后不能自然破碎脱壳，又使焊脚表面粗糙的瓷环属于不良产品；可以使接头的质量合格率达到99.8%的瓷环属于优良产品。优质瓷环的技术指标见表1。
表1 瓷环的主要技术指标
瓷环下面的锯齿称做排气孔，用来平衡内外的气压。螺柱焊接过程中，在焊接电弧燃烧和螺柱浸人熔池阶段，瓷环内部的压力大于瓷环外部的大气压力，只有焊接参数（包括焊枪的机械参数)设置不合理时，螺柱和瓷环之间的间隙及锯齿形排气孔就成了空气侵人熔池的渠道，合全元素被烧损并形成大量的蜂窝状气孔，譬如在提升高度太大发生磁偏吹时。
穿透焊是将焊钉穿过压型板植焊到钢梁上的一种复杂的植焊工艺。压型板是带有镀锌层0.6-1.5mm左右厚的带压型槽的薄钢板，其平面部分叠合在涂漆的钢梁上。植焊时压型板首先被熔化烧穿，电弧在钢梁上形成熔池，落钉时焊钉浸人熔池、钢梁、压型板和螺柱端部在焊接区共同熔合在一起形成接头。由于有大量高温的锌蒸汽对瓷环的冲击，所以使用的瓷环的尺寸要比标准型的厚实，厚度和高度都略有增加。
ISO13918-2018《拉弧式螺柱焊接螺柱及瓷环国际标准》对瓷环的表述较为简单，要求生产厂家确定尺寸，不再像ISO13918-2008国际标准那样，对各种瓷环的尺寸都有详细的规定。
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