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钢筋焊接种类和方法讲解

-5钢筋焊接

9-5-1一般规定

钢筋焊接方法分类及适用范围,见表9-37。

钢筋焊接质量检验,应符合行业标准《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18-96)和《钢筋焊接接头试验方法标准》(JGJ/T27-2001)的规定。

钢筋焊接方法分类及适用范围表9-37

注:

1.表中的帮条或搭接长度值,不带括弧的数值用于HPB235级钢筋,括号中的数值用于HRB335级、HRB400级及RRB400级钢筋;

2.电阻电焊时,适用范围内的钢筋直径系指较小钢筋的直径。

钢筋焊接的一般规定如下:

1.电渣压力焊应用于柱、墙、烟囱等现浇混凝土结构中竖向受力钢筋的连接;不得用于梁、板等构件中水平钢筋的连接。

2.在工程开工或每批钢筋正式焊接前,应进行现象条件下的焊接性能试验。

合格后,方可正式生产。

3.钢筋焊接施工之前,应清除钢筋或钢板焊接部位和与电极接触的钢筋表面上的锈斑油污、杂物等;钢筋端部若有弯折、扭曲时,应予以矫直或切除。

4.进行电阻点焊、闪光对焊、电渣压力焊或埋弧压力焊时,应随时观察电源电压的波动情况。

对于电阻点焊或闪光对焊,当电源电压下降大于5%、小于8%时,应采取提高焊接变压器级数的措施;当大于或等于8%时,不得进行焊接。

对于电渣压力焊或埋弧压力焊,当电源电压下降大于5%时,不宜进行焊接。

5.对从事钢筋焊接施工的班组及有关人员应经常进行安全生产教育,并应制定和实施安全技术措施,加强焊工的劳动保护,防止发生烧伤、触电、火灾、爆炸以及烧坏焊接设备等事故。

6.焊机应经常维护保养和定期检修,确保正常使用。

9-5-2钢筋闪光对焊

钢筋闪光对焊是将两根钢筋安放成对接形式,利用焊接电流通过两根钢筋接触点产生的电阻热,使接触点金属熔化,产生强烈飞溅,形成闪光,迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。

9-5-2-1对焊设备

常用对焊机的技术性能,见表9-38。

图9-78示出建筑工地常用的UN1-75型手动对焊机。

常用对焊机技术性能表9-38

项次项目单位焊机型号

UN1-75UN1-100UN2-150UN17-150-1

1额定容量kVA75100150150

2初级电压V220/380380380380

3次级电压调节范围V3.52~7.944.5~7.64.05~8.13.8~7.6

4次级电压调节级数881515

5额定持续率%20202050

6钳口夹紧力kN2040100160

7最大顶锻力kN30406580

8钳口最大距离mm808010090

9动钳口最大行程mm30502780

10动钳口最大烧化行程mm20

11焊件最大预热压缩量mm10

12连续闪光焊时钢筋最大直径mm12~1616~2020~2520~25

13预热闪光焊时钢筋最大直径mm32~36404040

14生产率次/h7520~3080120

15冷却水消耗量L/h200200200500

16压缩空气:

压力N/mm25.56

消耗量m3/h155

17焊机重量kg44546525001900

18外形尺寸:

长mm1520180021402300

宽mm55055013601100

高mm1080115013801820

图9-78UN1-75型手动对焊机

9-5-2-2对焊工艺

钢筋闪光对焊的焊接工艺可分为连续闪光焊、预热闪光焊和闪光-预热闪光焊等,根据钢筋品种、直径、焊机功率、施焊部位等因素选用。

1.连续闪光焊

连续闪光焊的工艺过程包括:

连续闪光和顶锻过程(图9-79a)。

施焊时,先闭合一次电路,使两根钢筋端面轻微接触,此时端面的间隙中即喷射出火花般熔化的金属微粒——闪光,接着徐徐移动钢筋使两端面仍保持轻微接触,形成连续闪光。

当闪光到预定的长度,使钢筋端头加热到将近熔点时,就以一定的压力迅速进行顶锻。

先带电顶锻,再无电顶锻到一定长度,焊接接头即告完成。

2.预热闪光焊

预热闪光焊是在连续闪光焊前增加一次预热过程,以扩大焊接热影响区。

其工艺过程包括:

预热、闪光和顶锻过程(图9-79b)。

施焊时先闭合电源,然后使两根钢筋端面交替地接触和分开,这时钢筋端面的间隙中即发出断续的闪光,而形成预热过程。

当钢筋达到预热温度后进入闪光阶段,随后顶锻而成。

3.闪光-预热闪光焊

闪光-预热闪光焊是在预热闪光焊前加一次闪光过程,目的是使不平整的钢筋端面烧化平整,使预热均匀。

其工艺过程包括:

一次闪光、预热、二次闪光及顶锻过程(图9-79c)。

施焊时首先连续闪光,使钢筋端部闪平,然后同预热闪光焊。

图9-79钢筋闪光对焊工艺过程图解

(a)连续闪光焊;(b)预热闪光焊;(c)闪光-预热-闪光焊

t1-闪光时间;t1.1-一次闪光时间;t1.2-二次闪光时间;t2-预热时间;t3-顶锻时间

9-5-2-3对焊参数

对焊参数包括:

调伸长度、闪光留量、闪光速度、顶锻留量、顶锻速度、顶锻压力及变压器级次。

采用预热闪光焊时,还要有预热留量与预热频率等参数。

连续闪光焊和闪光-预热-闪光焊的各项留量图解见图9-80。

图9-80闪光对焊各项留量图解

(a)连续闪光焊;(b)闪光-预热-闪光焊

L1、L2-调伸长度;a1+a2-闪光留量;a1.1+a2.1-一次闪光留量;a1.2+a2.2-二次闪光留量;

b1+b2-预热留量;c1+c2-顶锻留量;c'1+c'2-有电顶锻留量;c"1+c"2-无电顶锻留量

1.调伸长度

调伸长度是指焊接前,两钢筋端部从电极钳口伸出的长度。

调伸长度的选择与钢筋品种和直径有关,应使接头能均匀加热,并使钢筋顶锻时不致发生旁弯。

调伸长度取值:

HPB235级钢筋为0.75~1.25d,HRB335与HRB400级钢筋为1.0~1.5d(d——钢筋直径);直径小的钢筋取大值。

2.闪光留量与闪光速度

闪光(烧化)留量是指在闪光过程中,闪出金属所消耗的钢筋长度。

闪光留量的选择,应使闪光过程结束时钢筋端部的热量均匀,并达到足够的温度。

闪光留量取值:

连续闪光焊为两钢筋切断时严重压伤部分之和,另加8mm;预热闪光焊为8~10mm;闪光-预热-闪光焊的一次闪光为两钢筋切断时刀口严重压伤部分之和,二次闪光为8~10mm(直径大的钢筋取大值)。

闪光速度由慢到快,开始时近于零,而后约1mm/s,终止时达1.5~2mm/s。

3.预热留量与预热频率

预热程度由预热留量与预热频率来控制。

预热留量的选择,应使接头充分加热。

预热留量取值:

对预热闪光焊为4~7mm,对闪光-预热-闪光焊为2~7mm(直径大的钢筋取大值)。

预热频率取值:

对HPB235级钢筋宜高些;对HRB335,HRB400级钢筋宜适中(1~2次/s),以扩大接头处加热范围,减少温度梯度。

4.顶锻留量、顶锻速度与顶锻压力

顶锻留量是指在闪光结束,将钢筋顶锻压紧时因接头处挤出金属而缩短的钢筋长度。

顶锻留量的选择,应使钢筋焊口完全密合并产生一定的塑性变形。

顶锻留量宜取4~10mm,级别高或直径大的钢筋取大值。

其中,有电顶锻留量约占1/3,无电顶锻留量约占2/3,焊接时必须控制得当。

顶锻速度应越快越好,特别是顶锻开始的0.1s应将钢筋压缩2~3mm,使焊口迅速闭合不致氧化,而后断电并以6mm/s的速度继续顶锻至结束。

顶锻压力应足以将全部的熔化金属从接头内挤出,而且还要使邻近接头处(约10mm)的金属产生适当的塑性变形。

5.变压器级次

变压器级次用以调节焊接电流大小。

钢筋级别高或直径大,其级次要高。

焊接时如火花过大并有强烈声响,应降低变压器级次。

当电压降低5%左右时,应提高变压器级次1级。

6.RRB400级钢筋闪光对焊时,与热轧钢筋比较,应减小调伸长度,提高焊接变压器级数,缩短加热时间,快速顶锻,形成快热快冷条件,使热影响区长度控制在钢筋直径的0.6倍范围之内。

对焊参数,根据焊接电流和时间不同,分为强参数(即大电流和短时间)和弱参数(即电流较小和时间较长)两种。

采用强参数,可减少接头过热并提高焊接效率,但易产生淬硬倾向。

采用弱参数,可减小温度梯度和冷却速度。

9-5-2-4对焊缺陷及消除措施

在闪光对焊生产中,当出现异常现象或焊接缺陷时,宜按表9-39查找原因,采取措施,及时消除。

钢筋对焊异常现象、焊接缺陷及消除措施表9-39

项次异常现象和缺陷种类消除措施

1烧化过分剧烈并产生强烈的爆炸声

(1)降低变压器级数

(2)减慢烧化速度

2闪光不稳定

(1)清除电极底部和表面的氧化物

(2)提高变压器级数

(3)加快烧化速度

3接头中有氧化膜、未焊透或夹渣

(1)增加预热程度

(2)加快临近顶锻时的烧化速度

(3)确保带电顶锻过程

(4)加快顶锻速度

(5)增大顶锻压力

4接头中有缩孔

(1)降低变压器级数

(2)避免烧化过程过分强烈

(3)适当增大顶锻留量及顶锻压力

5焊缝金属过烧

(1)减小预热程度

(2)加快烧化速度,缩短焊接时间

(3)避免过多带电顶锻

6接头区域裂纹

(1)检验钢筋的碳、硫、磷含量;如不符合规定时,应更换钢筋

(2)采取低频预热方法,增加预热程度

7钢筋表面微熔及烧伤

(1)清除钢筋被夹紧部位的铁锈和油污

(2)清除电极内表面的氧化物

(3)改进电极槽口形状,增大接触面积

(4)夹紧钢筋

8接头弯折或轴线偏移

(1)正确调整电极位置

(2)修整电极钳口或更换已变形的电极

(3)切除或矫直钢筋的弯头

9-5-2-5对焊接头质量检验

1.取样数量

在同一台班内,由同一焊工,按同一焊接参数完成的300个同类型接头作为一批。

一周内连续焊接时,可以累计计算。

一周内累计不足300个接头时,也按一批计算。

钢筋闪光对焊接头的外观检查,每批抽查10%的接头,且不得少于10个。

钢筋闪光对焊接头的力学性能试验包括拉伸试验和弯曲试验,应从每批成品中切取6个试件,3个进行拉伸试验,3个进行弯曲试验。

2.外观检查

钢筋闪光对焊接头的外观检查,应符合下列要求:

(1)接头处不得有横向裂纹;

(2)与电极接触处的钢筋表面,不得有明显的烧伤;

(3)接头处的弯折,不得大于4°;

(4)接头处的钢筋轴线偏移α,不得大于钢筋直径的0.1倍,且不得大于2mm;其测量方法见图9-81。

图9-81对焊接头轴线偏移测t方法

1-测量尺;2-对焊接头

当有一个接头不符合要求时,应对全部接头进行检查,剔出不合格接头,切除热影响区后重新焊接。

3.拉伸试验

钢筋对焊接头拉伸试验时,应符合下列要求:

(1)三个试件的抗拉强度均不得低于该级别钢筋的抗拉强度标准值;

(2)至少有两个试样断于焊缝之外,并呈塑性断裂。

当检验结果有一个试件的抗拉强度低于规定指标,或有两个试件在焊缝或热影响区发生脆性断裂时,应取双倍数量的试件进行复验。

复验结果,若仍有一个试件的抗拉强度低于规定指标,或有三个试件呈脆性断裂,则该批接头即为不合格品。

模拟试件的检验结果不符合要求时,复验应从成品中切取试件,其数量和要求与初试时相同。

4.弯曲试验

钢筋闪光对焊接头弯曲试验时,应将受压面的金属毛刺和镦粗变形部分去掉,与母材的外表齐平。

弯曲试验可在万能试验机、手动或电动液压弯曲机上进行,焊缝应处于弯曲的中心点,弯心直径见表9-40。

弯曲至90°时,至少有2个试件不得发生破断。

钢筋对接接头弯曲试验指标表9-40

钢筋级别弯心直径(mm)弯曲角(°)

HPB235级2d90

HRB333级4d90

HRB400级5d90

注:

1.d为钢筋直径。

2.直径大于25mm的钢筋对焊接头,作弯曲试验时弯心直径应增加一个钢筋直径。

当试验结果,有2个试件发生破断时,应再取6个试件进行复验。

复验结果,当仍有3个试件发生破断,应确认该批接头为不合格品。

9-5-3钢筋电阻点焊

钢筋电阻点焊是将两根钢筋安放成交叉叠接形式,压紧于两电极之间,利用电阻热熔化母材金属,加压形成焊点的一种压焊方法。

9-5-3-1点焊设备

1.单头点焊机

单头点焊机的技术性能见表9-41。

图9-82示出DN3-75型气压传动式点焊机。

常用点焊机技术性能表9-41

项次项目单位焊机型号

SO232ASO432ADN3-75DN3-100

1传动方式气压传动式

2额定容量hVA172175100

3额定电压V380380380380

4额定暂载率%50502020

5初级额定电流A4582198263

6较小钢筋最大直径mm8~1010~128~1010~12

7每小时最大焊点数点/h900180030001740

8次级电压调节范围V1.8~3.62.5~4.63.33~6.663.65~7.3

9次级电压调节级数级6888

10电极臂有效伸长距离mm230550500800800800

11上电极工作行程mm10~4022~8940~12056~1702020

辅助行程8080

12电极间最大压力kN2.641.182.761.956.56.5

13电极臂间距离mm190~310380~530

14下电极臂垂直调节mm190~310150150150

15压缩空气压力N/mm20.60.60.550.55

消耗量m3/h2.1511515

16冷却水消耗量L/h160160400700

17重量kg160225800850

18外形尺寸长mm76586016101610

宽mm400400730730

高mm1405140514601460

图9-82DN3-75型气压传动式点焊机

2.钢筋焊接网成型机

钢筋焊接网成型机是钢筋焊接网生产线的专用设备,采用微机控制,生产效率高,网格尺寸准,能焊接总宽度不大于3.4m、总长度不大于12的钢筋网。

GWC系列钢筋焊接网成型机的技术性能,见表9-42。

GWC系列钢筋网成型机主要技术性能表9-42

型号GWC1250GWC1650GWC2400GWC3300

最大网宽(mm)1300170026003400

焊接钢筋直径(mm)1.5~42~84~124~12

网格宽度(mm)纵向≥50≥50≥100≥100

横向≥20≥50≥50≥50

工作频率(1/min)30~9040~10040~10040~100

焊点数(点)≥26≥34≥26≥34

点焊机用电极,应采用优质紫铜制造,电极槽孔的尺寸应当精确,以保证冷却水的畅通。

电极直径,根据所焊的较小钢筋直径选择。

当较小钢筋的直径为3~10mm时,电极直径取30mm;钢筋直径12~14mm时取40mm。

在点焊生产中,经常保持电极与钢筋之间接触表面的清洁平整。

若电极使用变形,应及时修整。

9-5-3-2点焊工艺

点焊过程可分为预压、通电、锻压三个阶段,见图9-83。

在通电开始一段时间内,接触点扩大,固态金属因加热膨胀,在焊接压力作用下,焊接处金属产生塑性变形,并挤向工件间隙缝中;继续加热后,开始出现熔化点,并逐渐扩大成所要求的核心尺寸时切断电流。

图9-83点焊过程示意图

t1-预压时间;t2-通电时间;t3-锻压时间

焊点的压入深度,应符合下列要求:

(1)热轧钢筋点焊时,压入深度为较小钢筋直径的25%~45%;

(2)冷拔光圆钢丝、冷轧带肋钢筋点焊时,压入深度应为较小钢筋直径的25%~40%。

9-5-3-3点焊参数

当焊接不同直径的钢筋时,焊接网的纵向与横向钢筋的直径应符合下式要求:

dmin≥0.6dmax(9-15)

电阻点焊应根据钢筋级别、直径及焊机性能等,合理选择变压器级数、焊接通电时间和电极压力。

在焊接过程中应保持一定的预压时间和锻压时间。

采用DN3-75型点焊机焊接HPB235级钢筋和冷拔光圆钢丝时,焊接通电时间和电极压力分别见表9-43和表9-44。

采用DN3-75型点焊机焊接通电时间(s)表9-43

变压器级数较小钢筋直径(mm)

34568101214

10.080.100.12

20.050.060.07

30.220.701.50

40.200.601.252.504.00

50.501.002.003.50

60.400.751.503.00

70.501.202.50

注:

点焊HRB335级钢筋或冷轧带肋钢筋时,焊接通电时间可延长20%~25%。

采用DN3-75型点焊机电极压力表9-44

较小钢筋直径

(mm)HPB235级钢筋

冷拔光圆钢丝HRB335级钢筋

冷轧带肋钢筋

3980~1470-

4980~14701470~1960

51470~19601960~2450

61960~24502450~2940

82450~29402940~3430

102940~39203430~3920

123430~44104410~4900

143920~49004900~5880

钢筋点焊工艺,根据焊接电流大小和通电时间长短,可分为强参数工艺和弱参数工艺。

强参数工艺的电流强度较大(120~360A/mm2),而通电时间很短(0.1~0.5s);这种工艺的经济效果好,但点焊机的功率要大。

弱参数工艺的电流强度较小(80~160A/mm2),而通电时间较长(>0.5s)。

点焊热轧钢筋时,除因钢筋直径较大而焊机功率不足需采用弱参数外,一般都可采用强参数,以提高点焊效率。

点焊冷处理钢筋时,为了保证点焊质量,必须采用强参数。

9-5-3-4点焊缺陷及消除措施

钢筋点焊生产过程中,应随时检查制品的外观质量,当发现焊接缺陷时,应参照表9-45查找原因,采取措施及时消除。

点焊制品焊接缺陷及消除措施表9-45

项次缺陷种类产生原因消除措施

1焊点过烧

(1)变压器级数过高

(2)通电时间太长

(3)上下电极不对中心

(4)继电器接触失灵

(1)降低变压器级数

(2)缩短通电时间

(3)切断电源,校正电极

(4)调节间隙,清理触点

2焊点脱落

(1)电流过小

(2)压力不够

(3)压入深度不足

(4)通电时间太短

(1)提高变压器级数

(2)加大弹簧压力或调大气压

(3)调整两电极间距离符合压入深度要求

(4)延长通电时间

3表面烧伤

(1)钢筋和电极接触表面太脏

(2)焊接时没有预压过程或预压力过小

(3)电流过大

(4)电极变形

(1)清刷电极与钢筋表面的铁锈和油污

(2)保证预压过程和适当的预压压力

(3)降低变压器级数

(4)修理或更换电极

9-5-3-5钢筋焊接网质量检验

成品钢筋焊接网进场时,应按批抽样检验。

1.取样数量

每批钢筋焊接网应由同一厂家生产的、受力主筋为同一直径、同一级别的焊接网组成,重量不应大于20t。

每批焊接网外观质量和几何尺寸的检验,应抽取5%的网片,且不得少于3片。

钢筋焊接网的焊点应作力学性能试验。

在每批焊接网中,应随机抽取一张网片,在纵、横向钢筋上各截取2根试件,分别进行拉伸和冷弯试验;并在同一根非受拉钢筋上随机截取3个抗剪试件。

试件的尺寸见图9-84所示。

图9-84钢筋焊接网试件

(a)拉伸试件;(b)抗剪试件

力学性能试件,应从成品中切取,切取过试件的制品,应补焊同级别、同直径钢筋,其每边搭接的长度不应小于2个孔格的长度。

2.外观检查

焊接网外观质量检查结果,应符合下列要求:

(1)钢筋交叉点开焊数量不得超过整个网片交叉点总数的1%,并且任一根钢筋上开焊点数不得超过该根钢筋上交叉点总数的50%。

焊接网最外边钢筋上的交叉点不得开焊。

(2)焊接网表面不得有油渍及其他影响使用的缺陷,可允许有毛刺、表面浮锈。

(3)焊接网几何尺寸的允许偏差:

对网片的长度、宽度为±25mm;对网格的长度、宽度为±10mm。

当需方有要求时,经供需双方协商,焊接网片长度允许偏差可取±10mm。

3.力学性能试验

(1)抗剪试验时,应采用能悬挂于试验机上专用的抗剪试验夹具。

抗剪试验结果,3个试件抗剪力的平均值应符合下式计算的抗剪力:

F≥0.3×A0×σs(9-16)

式中F——抗剪力;

A0——较大钢筋的横截面积;

σs——该级别钢筋的屈服强度。

当抗剪试验不合格时,应在取样的同一横向钢筋上所有交叉焊点取样检查;当全部试件平均值合格时,应确认该批焊接网为合格品。

(2)拉伸试验与弯曲试验方法,与常规方法相同。

试验结果应符合该级别钢筋的力学性能指标;如不合格,则应加倍取样进行不合格项目的检验。

复验结果全部合格时,该批钢筋网方可判定为合格。

9-5-4钢筋电弧焊

钢筋电弧焊是以焊条作为一板、钢筋为另一板,利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。

钢筋电弧焊包括帮条焊、搭接焊、坡口焊和熔槽帮条焊等接头型式。

焊接时应符合下列要求:

(1)应根据钢筋级别、直径、接头形式和焊接位置,选择焊条、焊接工艺和焊接参数;

(2)焊接时,引弧应在垫板、帮条或形成焊缝的部位进行,不得烧伤主筋;

(3)焊接地线与钢筋应接触紧密;

(4)焊接过程中应及时清渣,焊缝表面应光滑,焊缝余高应平缓过渡,弧坑应填满。

9-5-4-1电弧焊设备和焊条

电弧焊设备主要采用交流弧焊机。

建筑工地常用交流弧焊机的技术性能,见表9-46。

常用交流弧焊机的技术性能表9-46

项目BX3-120-1BX3-300-2BX3-500-2BX2-1000

(BC-1000)

额定焊接电流(A)1203005001000

初级电压(V)220/380380380220/380

次级空载电压(V)70~7570~7870~7569~78

额定工作电压(V)25324042

额定初级电流(A)41/23.561.9101.4340/196

焊接电流调节范围(A)20~16040~40060~600400~1200

额定持续率(%)60606060

额定输入功率(kVA)923.438.676

各持续率时功率100%(kVA)718.530.5-

额定持续率(kVA)923.438.676

各持续率时焊接电流100%(kVA)93232388775

额定持续率(kVA)1203005001000

功率因数(cosφ)---0.62

效率(%)8082.58790

外形尺寸(长×宽×高)(mm)485×470×680730×540×900730×540×900744×950×1220

重量(kg)100183225560

电弧焊所采用的焊条,其性能应符合现行国家标准《碳钢焊条》(GB5117)或《低合金钢焊条》(GB5118)的规定,其型号应根据设计确定;若设计无规定时,可按表9-47选用。

当采用低氢型碱性焊条时,应按使用说明书的要求烘焙;酸性焊条若在运输或存放中受潮,使用前也应烘焙后方可使用。

钢筋电弧焊焊条型号表9-4

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