气压焊的简单原理.docx
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气压焊的简单原理
气压焊的简单原理：
气压焊是以氧气和乙炔火焰加热钢筋的接头位置，使之达到塑性状态或表面熔融状态，而后施加压力将钢筋结合在一起的一种焊接方法。
气压焊的机具：
气压焊的设备包括供气装置、加热器、加压器和压接器等。
压接用气是氧气和乙炔的混合气体，其中氧气的纯度应在99.5%以上，乙炔气体的纯度应在98%以上。
氧气工作的压力在0.6Mpa~0.7Mpa之间,乙炔气体的工作压力为0.05Mpa~0.1Mpa。
两种气体分别贮于气瓶内。
由于是易爆品，氧气瓶、乙炔瓶和焊接钳三者之间的距离不得小于10m，且不能接近火源、热源、和高压线下（所以，该钢筋的连接方法有危险性）
气压焊工作原理
气压焊方法可分为开式气压焊和闭式（即溶化和塑性）气压焊两种。
开式气压焊是先在两工件之间插入多焰焊炬，将工件端面加热到熔化状态，随后撤出焊炬，使工件接触并加以顶锻。
而闭式气压焊炬则是先将工件对接在一起，用气体火焰在工件接头周围加热，当其达到低于熔点的某一温度后，施加一定压力进行顶锻。
由此可见，闭式气压焊实质上是一种固态焊接方法。
由于开式气压焊的质量不如闭式气压，因而其在工程上极少应用。
在此只介绍闭式气压焊法。
1、表面处理
对焊接工件端部及附件进行清理，清除油污、砂及其他异物后，对端面进行机械切削、打磨等，以达到所要求的垂直度、平面度和粗糙度。
表面处理的质量对焊接质量影响很大，应引起重视。
2、加热
焊前按工艺要求对工件端面进行加工后，将工件固定在气压焊机上对正，使用多焰炬对接缝及其附件进行加热。
加热时焊接要沿工件轴向往复摆动，以便顶锻时发生一定范围的塑性变形。
使用的气体主要有氧+乙炔或氧+丙烷。
前者的特点是火焰强度大、温度高；后者火焰强度不如氧-乙炔火焰，但其加热范围较宽。
加热过程中，火焰必须稳定，焊接区的加热要均匀，顶锻时按缝出的金属需达到“黄白色”的状态（约1200OC）。
3、加压
当工件加热到如上所述的一定温度后，即进行加压，也就是顶锻。
加压的作用是：
（1）使工件端部产生塑性变形，从而改善和增大焊接结合面积；
（2）破碎工件端面上的氧化膜；
（3）在与工件轴线垂直方向产生隆起变形部分可于焊后切除，而钢筋则不必要。
加压的方式一般有三种：
一是定压顶锻法，即从开始直至焊接完毕，压力基本上保持不变，达到一定的顶锻量就完成焊接；另外两种加压方式分别为二段顶锻法和三段顶锻法。
根据焊接工件的不同，其加压的方式及顶锻参数也有所不同。
钢筋气压焊基本原理与名词解释
钢筋气压焊
采用氧—燃料气体火焰将两钢筋对接处进行加热，使其达到一定温度，加压完成的方法，为压焊的一种。
常用的氧一燃料气体火焰为氧一乙炔火焰，即氧炔焰，热效率高，温度高。
现在，正在推广采用的，有氧液化石油气火焰。
8．1.2气压焊种类
气压焊有熔态气压焊（开式）和固态气压焊（闭式）两种。
熔态气压焊是将两钢筋端面稍加离开，使钢筋端面加热到熔化温度，加压完成的一种方法，属熔化压力焊范畴。
固态气压焊是将两钢筋端面紧密闭合，加热到1200～1250~C左右，加压完成的一种方法，属固态压力焊范畴。
过去使用的，主要是固态气压焊；现在，在一般情况下，宜优先采用熔态气压焊。
8．1．3氧炔焰火焰
当乙炔与氧的混合气从加热器喷嘴喷出燃烧时，显出几个可以明确区分的燃烧区域。
乙炔完全燃烧的整个化学反应式是：
第二阶段反应来源于焰芯未燃烧完全的产物和火焰周围空气供给的氧，这个燃烧区分布在焰芯的外围。
火焰中不同区域内的化学反应见图8．1。
由上列反应式可以得出结论，乙炔燃烧成2CO和H2时，每一个体积的乙炔需要从加热器内放进一个体积的氧。
具有这种混合气的火焰，通常叫做中性焰。
但是实际上，由于一小部分氢因与混合气中的氧燃烧成为水蒸气，以及氧有些不洁的缘故，所以实际上的比例
调节加热器进气阀，改变氧与乙炔的比例，可以得到4种典型的火焰状态，见图8．2。
1.乙炔焰
当乙炔在空气中燃烧时，产生一个在喷嘴附近为黄色、外端为暗红色的逐渐过渡的火焰，黑色尘粒飘过空气，这种火焰不能用来焊接，见图8．2（d）。
2．碳化焰
随着加热器的氧气阀逐渐打开，氧对乙炔的比例增加，整个火焰变得明亮，然后明亮区朝喷嘴收缩，形成一定长度的光亮区，在其外围为蓝色，如图8．2（a）。
由于有过量乙炔，形成碳化焰。
碳化焰有还原性质，火焰温度较低。
在钢筋气压焊的开始阶段，宜采用碳化焰，防止钢筋端面氧化，但同时有“增碳”作用，使焊缝增碳。
氧与乙炔的比例为o．85～O．95:
1。
碳化焰
3．中性焰
图8．2（c）为中性焰。
氧与乙炔的体积比为1．10～1．15:
l。
这种火焰温度较高，焰芯端部前的最高温度为3150℃。
它具有轮廓显明的焰芯，它的端部可调成圆形，是一般气焊的理想火焰。
在钢筋气压焊中，当压焊面缝隙确认完全封闭之后，就应从碳化焰调整至中性焰。
中性焰
4．氧化焰
当氧气过剩时，氧化比较强烈，焰芯呈圆锥形状，长度大为缩短，而且变得不很清楚。
火焰的内焰和外焰也在缩短，见图8．2（d）。
氧化焰呈蓝色而且燃烧时带有噪声，含氧量越多，噪声越大。
氧与乙炔的比例大于1．2:
1。
氧化焰
5．脱离焰
除上述4种典型状态外，当气体压力高出所用喷嘴的标定压力很多时，气流速度大于燃烧速度，火焰便脱离喷嘴，见图8．2（e），甚至会吹灭。
这是一种不正常的火焰状态，必须避免。
造成这种状态的另一个原因是喷嘴出口局部被堵塞。
8．1．4氧炔焰温度
火焰的温度越高，则金属的加热和熔化过程就进行得越有效力。
沿着火焰中心线和在横截面上，火焰成分的不一致，使火焰各个层的温度发生差异。
火焰内焰芯有大量乙炔与氧燃烧时形成的烃气（碳氢化合物）；而最高温度发生在紧邻焰芯的火焰中层里。
由于中层同时又是含有一氧化碳和氢的还原层，焊接过程自然就必须用火焰这一层来进行，因此工作中应当使焰芯离开金属表面2～3mm。
在钢筋气压焊中，由于钢筋直径在变换，很难准确地做到这一点。
因此，在加热开始阶段，应采用碳化焰。
乙炔与氧的混合比例也对火焰的温度值发生重大的影响。
在一定限度内，火焰的温度随着比例的增加有所提高。
最高温度值约3100～3160℃。
图8．3表明沿着中性焰、氧化焰和碳化焰中心线上，温度变化的特性，氧化焰的最高温度值最大，而碳化焰的最小。
除此之外，在钢筋气压焊过程中，钢筋表面与火焰中层的气相接触，在此层中基本上是CO和H2，但也含有水蒸气和CO2、H2、O2及N2之类的气体。
在中层内，也可能有少量自由碳。
钢筋气压焊安全技术交底
采用氧乙炔火焰，对两钢筋接缝处进行加热，使其达到塑料状态后，施加适当压力，形成对接焊头的一种压焊方法。
适用于工业与民用建筑物、构筑物的钢筋混凝土结构中φ16～40mm的I、Ⅱ级钢筋，在垂直、水平和倾斜位置的纵向对接接头的焊接。
1．材料设备要求
（1）钢筋：
须有出厂证明书和钢筋复试证明书，性能指标符合GB13013－91《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》及GB1499－91《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》的规定。
当两钢筋直径不相同时，其两直径之差不得大于7mm。
当采用其他品种、规格钢筋进行气压焊时，应进行钢筋焊接性能试验。
合格后方可采用。
（2）所用的气态氧（O2）的质量应符合GB3863中规定的I类或Ⅱ类一级的技术要求。
（3）乙炔气：
宜用瓶装熔解乙炔，其纯度必须在98%（体积比）以上，磷化氢含量不得大于0.06%，硫化氢含量不得大于0.1%，水分含量不得大于1g/m3，丙酮含量应不大于45g/m3。
2．主要机具
供氧装置（氧气瓶）、乙炔气瓶、多嘴环管焊柜（或称为多嘴环管加热器）、加热器（手动式或电动式两种）、焊接决蛤（固定卡具、活动卡具）、辅助设备（无齿锯或切割机、磨光机、扳手）。
3．作业条件
（1）焊工必须有上岗证，不同级别的焊工有不同的作业允许范围，应符合国家标准的规定。
辅助工应具有钢筋气压焊的有关知识和经验，掌握钢筋端部加工和钢筋安装的质量要求。
（2）施焊前搭好操作架子。
（3）在工程正式焊接之前，必须进行现场条件下钢筋气压焊工艺性能试验，经外观检查拉伸试验及弯曲试验合格，并确定焊接工艺参数。
（4）做好钢筋的下料工作，计算切割长度时，应考虑焊接接头的压缩量，每一接头的压缩量约为一个焊接钢筋直径的长度。
（5）接头位置应留在直线段上，不得在钢筋的弯曲处。
4操作工艺
工艺流程：
钢筋端头处理→安装接长钢筋→焊前检查→焊接→拆卸工具→质量检查
（1）钢筋端头处理：
进行气压焊的钢筋端头应切平不得形成马蹄形，压扁形、凸凹不平或弯曲，必要时宜用无齿锯切割，保证钢筋端头断面和轴线成直角，若有弯折或扭曲应切除，并用角向磨光机倒角露出金属光泽，没有氧化现象，并清除钢筋端头100mm范围内的锈蚀、油污、杂质等，打磨钢筋时应在当天进行，防止打磨后再生锈。
（2）安装接长钢筋：
先将卡具卡在已处理好的两根钢筋上，接好的钢筋上下要同心，在一条直线上，固定卡具应将顶丝上紧，活动卡具要施加一定的初压力，初压力的大小要根据钢筋直径的粗细决定，宜为15～20Mpa。
压焊面的形状如图2－48（a），局部缝隙不应大于3mm。
（3）焊前检查：
焊前对钢筋及焊接设备应详细进行检查，以保证焊接正常进行。
检查压焊面是否符合要求，上下钢筋是否同心，是否有弯曲现象。
（4）焊接开始时，火焰采用还原焰（也称碳化焰），目的是为防止钢筋端面氧化。
火焰中心对准压焊面缝隙，使钢筋温度达到炽白状态（约1200℃），同时增大对钢筋的轴向压力，最终压力按钢筋截面积计达到30～40Mpa，使压焊面间隙完全闭合达到所要求的形状。
加热过程中，如果压焊面间隙完全闭合之前发生灭火中断现象，应将钢筋断面重新打磨、安装，然后点燃火焰进行焊接。
如果发生在间隙完全闭合之后，则可再次加热加压完成焊接操作。
（5）拆卸卡具：
将火焰熄灭后，加压并稍延滞，红色消失后，呈暗红色即温度降至600～650℃，即可卸卡具，继续自然冷却。
（6）质量检查：
包括外观检查和机械性能检查两部分。
应对焊接接头逐一进行外观检查。
并按规定分批切取接头进行机械性能检查。
每批钢筋焊接接头经质量检验合格后，应填写质量合格证书。
（7）冬雨期施工：
雨雪天工作焊接现场要有遮蔽措施，刮风时（风速超过5.4m/s），要有防风措施。
压按作业后的钢筋接头不要马上接触冰雪，如环境温度在－15℃以下时应对接头采取预热、保温、缓冷措施。
当环境温度低于－20℃时，不得进行施焊。
5．质量标准
（1）保证项目：
1）钢筋必须有出厂证及复试报告，质量必须符合有关标准的规定。
2）钢筋品种、规格和接头位置应符合设计图纸及施工规范的规定。
3）焊工必须有上岗证。
4）焊接接头机械性能检验必须符合规定。
机械性能试验，一般以200个接头为一批。
在现浇钢筋混凝土结构中，在同一楼层中以200个接头为一批，不足200个接头仍作为一批。
抽样时从每批接头中随机取3个接头作拉伸试验，其抗拉强度均不得低于该级别钢筋规定的抗拉强度值，3个试件均应断于压焊面之外，并呈塑性断裂。
拉伸试验结果，若有一个试件不符合要求时，应切取6个接头进行复试。
复试结果，若仍有一个接头不符合要求，则该批接头判断为不合格品。
根据工程需要，也可切取3个接头作弯曲试验。
从每批成品中切取3个试件进行弯曲试验，应将试件受压面凸起部分去除与钢筋外表面齐平。
压焊面应处在弯曲中心点，弯至90度，试件不得在压焊面发生破断。
试验结果，若有一个试件不符合要求，则该批接头判断为不合格品。
（2）基本项目：
1）接头膨胀形状应平滑，不应有显著的凸出和塌陷。
2）不应有横向裂纹。
3）墩粗区表面不得严重烧伤。
（3）允许偏差项目：
见表2－52。
表2－52
项次
项目
允许偏差（mm）
检验方法
1
同直径钢筋两轴线偏心量
＜0.15d并＜4°
尺量检查
2
不同直径钢筋两轴线偏心量：
较小钢筋外表面不得错出大钢筋同侧
目测
3
两钢筋轴线弯折角
＜4°
尺量检查
4
墩粗区最大直径
＞1.4d
尺量检查
5
墩粗区长度
＞1.2d
尺量检查
6
压焊面偏移量
＜0.2d
尺量检查
注：
d为钢筋公称直径。
6．成品保护
（1）不得过早拆卸卡具，防止接头弯曲变形。
（2）焊后不准砸钢筋接头，不准往刚焊完后的接头上浇水。
（3）焊接时搭好架子，不准踩踏其他已绑好的钢筋。
7．应注意的质量问题
（1）接头弯曲变形：
卡具拆卸过早，应在接头冷却后，再拆卸卡具。
（2）轴线偏移：
对接钢筋时，上下没有对齐，造成两根钢筋中心线没有对准。
（3）压焊凸起、塌陷；加压过大、过早，应掌握好加热和加压的工艺。
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