电弧螺柱焊系统一般由焊接电源、焊接控制器和电弧螺柱焊枪组成。其中焊枪作为直接的执行机构，在焊接过程中对焊接过程中的焊接时间、焊接速度等参数起着调节作用。通过不断的改进和创新，电弧螺柱焊设备也几经更新换代，性能和外观方面也得到了很大的改善。67693

但是焊枪的主要结构保持原有的设计原理，工程应用中的主流产品仍然是电磁式电弧螺柱焊枪，其结构简单，焊接过程的实现主要是由线圈的通断电和弹簧的压缩和伸展来完成的，更易于在各种智能化和自动化焊接设备中推广。

这里主要介绍下传统自动螺柱焊枪和一种步进式螺柱焊枪的设计思路、基本结构和工作原理[9~12]。

1  电磁式电弧螺柱焊枪

电磁式电弧螺柱焊枪一般分为手提式和固定式两种，但其主要结构和原理是相同的。焊枪主体由电磁线圈和弹簧结构组成，焊接过程主要通过线圈的通断电和弹簧的压缩、释放来完成。

图1.2 电磁式电弧螺柱焊枪结构示意图

电磁式电弧螺柱焊枪结构如图1.2所示，各部件依次是（1）定铁心；（2）电磁线圈；（3）动铁心；（4）弹簧；（5）夹具；（6）螺柱。

电磁式电弧螺柱焊枪具有机械结构简单，易于操作控制等优点，因而应用广泛。但是从焊接参数设置及焊接过程控制等方面考虑，它也存在以下不足：

（1）螺柱送下的速度由弹簧的预压距离决定，焊接预压距离和提起高度均是机械调节，通常为手动，难于实现焊接全自动化、智能化、即时调节的能力。

（2）焊枪夹持螺柱的提起速度和送下速度均由焊枪自身电磁铁特性决定，一经设计完成，属于无法调节的因素。

（3）焊接过程中无法进行弧长调节，焊接时的弧长只由焊枪本身结构和焊接参数决定。论文网

2  步进式电弧螺柱焊枪

相比于传统电磁式电弧螺柱焊枪使用电磁铁作为动力控制元件，步进式电弧螺柱焊枪则是以步进电机作为焊枪动力控制元件、以螺旋传动装置作为焊枪运动机构主体，使焊接过程中螺柱提起的高度、送下深度、提起和送下速度等参数均能受到控制；同时焊枪也能运用其运动机理和结构特性，通过对焊接过程电弧长度的采样处理，实现实时调节弧长。

步进式螺柱焊枪结构图如图1.3所示，各部件依次是（1）步进式电机；（2）丝杠；（3）螺母；（4）弹簧保护机构；（5）夹具；（6）螺柱。

 步进式螺柱焊枪结构示意图

步进式电弧螺柱焊枪的焊接过程：焊枪夹持螺柱置于待焊工件上面（不需要进行预压）；接通焊接电源，螺柱和工件短路接触，同时步进电机通电正转，传动螺母带动夹具提起螺柱，螺柱和工件间引弧；到预定提升高度后，步进电机断电停止运动，引弧维护一定时间，工件上形成焊接熔池；燃弧时间结束，步进电机通电反转，传动螺母带动夹具向下，螺柱被送入熔池，形成焊接接头，焊接完成。

实现焊接实时弧长的调节，是通过对焊接电弧长度进行采样，经控制系统处理后，反馈出电弧长度与标准电弧长度的误差值，产生反馈信号给予步进电机，对电弧长度进行调整[13]。

步进式螺柱焊枪的主要特点如下：

（1）由于使用步进式电机作为提升动力，所以具有提升过程惯性小、启动性能好、灵敏、即时倒转和停转等优点。转动角度由脉冲信号控制，转速只和脉冲频率有关，而和电压、电流等的大小及波动没有直接关系，误差不会积累。