本文对比分析了横向、纵向、尖角磁场对螺柱电弧的作用原理、作用方法和效果,设计采用纵向磁场使电弧沿空心螺柱作切线方向运动、形成旋转电弧。在分析研究德国SOYER螺柱焊STG-1旋弧装置结构、工作过程和电路原理的基础上,针对不同的旋弧结构,计算出了线圈输入电压与旋弧磁场强度之间的关系,设计确定了旋弧装置结构、尺寸、线圈匝数与线径,研制了专用的旋弧线圈装置,实现了空心螺柱全周圈的电弧均匀旋转,钢螺柱旋弧性能好于SOYER螺柱焊旋弧设备。并设计了旋弧焊接过程PLC控制程序、研制了焊枪行走机构,实现了对焊接过程的自动控制。采用SOYER BMH-22SV3000A的拉弧式螺柱焊机和PH-5L螺柱焊枪,配合自行研制的旋弧线圈装置,对空心螺柱进行了大量的焊接工艺对比试验,获得了优质的空心螺柱接头。外径12mm、壁厚3mm的典型空心螺柱,焊接工艺规范窗口,焊接电流850-1000A,焊接时间500-800ms,预焊时间60ms,旋弧电流0-2A,提升高度2mm,预压缩量3mm。试验和检测结果表明:在磁场作用下,空心螺柱焊接接头外观成形饱满、均匀、美观,螺柱壁周圈100%熔合,界面结合强度达到390MPa,大于螺柱自身强度。通过大量的焊接工艺试验和检测发现,旋弧螺柱焊存在“内吸附”现象,焊接过程中,熔化金属在磁场作用下向空心螺柱内壁聚合,形成完整的内壁熔敷层,增大了螺柱与基体结合处面积。内壁熔敷层熔敷金属量随旋弧电流增大而增加。