引言 电弧螺柱焊最早出现于20世纪上半叶，起初应用于造船行业，经过近一个世纪的发展，现广泛应用于车辆工程、桥梁建造、锅炉与高层建筑工程中。它利用螺柱与板材所形成的两个金属端面之间产生电弧并熔化金属母材，形成金属熔池并施加一定顶锻力从而形成焊缝，实现螺柱与板材的结合[1]。电弧螺柱焊以其焊接效率高、焊接质量可靠的优越性得到了广泛的推广与应用，被越来越广的应用于制造业[2]。
螺柱焊根据所使用的螺柱种类的不同，又分为空心螺柱焊与实心螺柱焊[3]。实心螺柱焊技术已发展得十分成熟，各种直径螺柱的焊接均可实现，工艺与技术参数完整。空心螺柱内部攻有螺纹，常在装甲车上作为各种悬挂系统以及仪器表盘的固定“附座”使用，每台装甲车上要使用约800个空心螺柱。但空心螺柱无引弧节，电弧产生的位置随机分布在壁端面，完全不可控，导致某些区域无法受热熔化，焊接过程不稳定，会极大损害焊缝的质量，影响焊接件的力学性能。除此以外，在装甲板材上进行螺柱焊接时，螺柱与板材体积差异过大，焊缝处散热速率较大，常常产生各种缺陷如裂缝、气孔等。空心螺柱也缺少充分彻底的研究，成型规范仍然较为缺失[4]，但又不能使用传统的螺柱焊工艺参数，因此需要大量探索性的实验并革新空心螺柱焊焊接工艺。
1 螺柱焊分类
根据热源与焊接接头形式的不同，目前主要的螺柱焊方法可分为摩擦螺柱焊（FSW）、短周期拉弧螺柱焊（SCASW）以及电弧螺柱焊（ASW）[5]。
1.1 摩擦螺柱焊
为了在水下得到合格的高强度螺柱焊接接头，英国焊接研究所于上世纪80年代提出了摩擦螺柱焊的方法[6]。它是在螺柱转动的情况下，以螺柱尖顶与基板相互摩擦剪切所产生的热量为热源，保持顶锻压力的同时将螺柱加热至熔点，焊接区维持在高温高压状态，氧化膜破碎，焊缝处原子间距减小，分子不断扩散，材料进入动态软化过程从而进行微观连接，再经过重结晶、晶粒长大后，在几秒的时间内螺柱与基板实现焊合。
1.2 短周期拉弧螺柱焊
由于短周期拉弧螺柱焊形成焊接接头过程的独特性，将其单独归为一类[7]。它融合了传统螺柱焊方法的优点，首先利用较小的电流引弧并利用此电流清理表面、预热焊区，数十毫秒后激发较大的焊接电流，金融熔化在金属板材上形成熔池，螺柱进入熔池，电弧熄灭，最终完成焊接。可以看出可控制大小的电弧对焊接质量有很大的影响。这种方法热输入量小，更适合于焊接有色金属等材料，还常用气体保护的方式进行立焊和仰焊。但这种方法对焊枪的控制精度要求较高，直径大于12mm的螺柱因缺少设备而无法使用此方法进行焊接[8]。
1.3 电弧螺柱焊
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