工程质量通病防治17钢筋焊接与机械连1doc.docx
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17钢筋焊接与机械连接
Ⅰ钢筋焊接
由于种种原因,钢筋焊接接头的形成条件往往偏离正常状态,致使钢筋焊口或近缝区产生缺陷,
影响接头阶性能。
现就钢筋焊接与机械连接施工质量通病及其防治措施分述如后。
17.1钢筋闪光对焊
17.1.1未焊透
1.现象
焊口局部区域未能相互结晶,焊合不良,按头镦粗变形量很小,挤出的金属毛刺极不均匀,
多集中了上口,并产生严重的胀开现象(图17-1);从断口上可看到如同有氧化膜的粘合面存在(图17-2)。
2.原因分析
(1)
(1) 焊接工艺方法应用不当。
比如,对断面较大的钢筋理应采取预热闪光焊工艺施焊,但却采用了
连续闪光焊工艺。
(2)
(2) 焊接参数选择不合适:
特别是烧化留量太小,变压器级数过高以及烧化速度太快等,造成焊件
端面加热不足,也不均匀,未能形成比较均匀的熔化金属层,致使顶锻过程生硬,焊合面不完整。
3.防治措施
(1)适当限制连续闪光焊工艺的使用范围。
钢筋对焊焊接工艺方法宜按下列规定选择:
1)当钢筋直径≤25mm,钢筋级别不大于Ⅲ级,采用连续闪光焊;
2)当钢筋直径>25mm,级别大于Ⅲ级,且钢筋端面较平整,宜采用预热闪光焊,须热温度约
1450℃左右,预热频率宜用2—4次/s;
3)当钢筋端面不平整,应采用“闪光—预热—闪光焊”。
连续闪光焊所能焊接的钢筋范围,应根据焊机容量、钢筋级别等具体情况而定,并应符合表17-1规定。
连续闪光焊焊接钢筋的范围表17-1
焊机容量(kVA)
钢筋直径(mm)
钢筋级别
焊机容量(kVA)
钢筋直径(mm)
钢筋级别
焊机容量(kVA)
钢筋直径(mm)
钢筋级别
160
≤25
≤22
≤20
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
100
≤20
≤18
≤16
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
80
≤16
≤14
≤12
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
(2)重视预热作用,掌握预热要领,力求扩大沿焊件纵向的加热区域,减小温度梯度。
需要预热时,
宜采用电阻预热法,其操作要领如下:
第一,根据钢筋级别采取相应的预热方式。
其工艺过程图
解见图17-3,随着钢筋级别的提高,预热频率应逐渐降低。
预热次数应为1~4次,每次预热时间
应1.5~2s,间歇时间应为3~4s。
第二,预热压紧力应不小于3MPa。
当具有足够的压紧力时,
焊件端面上的凸出处会逐渐被压平,更多的部位则发生接触,于是,沿焊件截面上的电流分布就
比较均匀,使加热比较均匀。
(3)(3) 采取正常的烧化过程,使焊件获得符合要求的温度分布,尽可能平整的端面,以及比较均匀的熔
化金属层,为提高接头质量创造良好的条件。
具体作法是:
第一,根据焊接工艺选择烧化留量:
连续闪光时,烧化过程应较长,烧化留量应等于两根钢筋在断料时切断机刀口严重压伤区段(包
括端面的不平整度),再加8mm。
闪光—预热—闪光焊时,应分一次烧化留量和二次烧化留量,
一次烧化留量等于两根钢筋在断料时切断机刀口严重压伤区段,二次烧化留量不应小于10mm,
预热闪光焊时的烧化留量不应小于10mm。
第二,
采取变化的烧化速度,保证烧化过程具有“慢一快一更快”的非线性加速度方式。
平均烧化速度一般
可取2mm/s。
当钢筋直径大于25mm时,因沿焊件截面加热的均衡性减慢,烧化速度应略微降低。
(4)避免采用过高的变压器级数施焊,以提高加热效果。
17.1.2氧化
1.现象
一种情况是焊口局部区域为氧化膜所覆盖,呈光滑面状态(图17-4);另一种情况是焊口四周或大
片区域遭受强烈氧化,失去金属光泽,呈发黑状态(图17-5)。
2.原因分析
(1)
(1) 烧化过程太弱或不稳定,使液体金属过梁的爆破频率降低,产生的金属蒸气较少,
从数量上和压力上都不足以保护焊缝金属免受氧化。
(2)从烧化过程结束到顶锻开始之间的过渡不够急速,或有停顿,空气侵入焊口。
(3)顶锻速度太慢或带电顶锻不足,焊口中熔化金属冷却,致使挤破和去除氧化膜发生困难。
(4)焊口遭受强烈氧化的原因,是由于顶锻留量过大,顶锻压力不足,致使焊口封闭太慢或
根本未能真正密合之故。
3.防治措施
(1)
(1) 确保烧化过程的连续性,并具有必要的强烈程度。
作法是:
第一,选择合适的变压器级数,
使之有足够的焊接电流,以利液体金属过梁的爆破;第二,焊件瞬时的接近速度应相当于触点
—过梁爆破所造成的焊件实际缩短的速度,即瞬时的烧化速度。
烧化过程初期,因焊件处于
冷的状态,触点—过梁存在的时间较长,故烧化速度应慢一些。
否则,同时存在的触点数量增加,
触点将因电流密度降低而难以爆破,导致焊接电路的短路,发生不稳定的烧化过程。
随着加热的
进行,烧化速度需逐渐加快,特别是紧接顶锻前的烧化阶段,则应采取尽可能快的烧化速度,
以便产生足够的金属蒸气,提高防止氧化的效果。
(2)
(2) 顶锻留量应为4~10mm,使其既能保证接头处获得不小于钢筋截面的结合面积,又能有效地
排除焊口中的氧化物,纯洁焊缝金属。
随着钢筋直径的增大和级别的提高,顶锻留量需相应增加,
其中带电顶锻留量应等于或略大于三分之一,焊接Ⅳ级钢筋时,顶锻留量宜增大30%,以利焊口的
良好封闭(参见表17-2、表17-3)。
连续闪光焊参数表17-2
钢筋级别
钢筋直径(mm)
带电顶锻留量(mm)
无电顶锻团员(mm)
总顶锻留量(mm)
Ⅰ~Ⅲ级
10~12
14
16
18
20
22
1.5
1.5
2.0
2.0
2.0
2.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
4.5
4.5
5.0
5.0
5.0
5.0
闪光-预热-闪光焊顶锻留量表17-3
钢筋级别
钢筋直径(mm)
带电顶锻留量(mm)
无电顶锻团员(mm)
总顶锻留量(mm)
Ⅰ~Ⅲ级
22
25
28
30
32
36
1.5
2.0
2.0
2.5
2.5
3.0
3.5
4.0
4.0
4.0
4.5
5.0
5.0
6.0
6.0
6.5
7.0
8.0
(3)(3) 采取在用力的情况下尽可能快的顶锻速度。
因为烧化过程一旦结束,防止氧化的白保护
作用随即消失,空气将立即侵入焊口。
如果顶锻速度很快,焊口闭合延续时间很短,
就能够免遭氧化;同时,顶锻速度加快之后,也利于趁热挤破和排除焊门中的氧化物。
因此,
顶锻速度越快越好。
一般低碳钢对焊时不得小于20~30mm/s。
随着钢筋级别的提高,顶锻速
度需相应增大。
(4)保证接头处具有适当的塑性变
形。
因为接头处的塑性变形特征对于破
坏和去除氧化膜的效果起着巨大的影响,
当焊件加热,温度分布比较适当,顶锻
过程的塑性变形多集中于接头区时(图
17-6a),有利于去除氧化物。
反之,如
果加热区过宽,变形量被分配到更
宽的区域时(图17-6b),接头处的塑性变
形就会减小到不足以彻底去除氧化物的
程度。
17.1.3过热
1.现象
从焊缝或近缝区断口上可看到粗晶状态(图17-7)。
2.原因分析
(1)预热过分,焊口及其近缝区金属强烈受热。
(2)预热时接触太轻,间歇时间太短,热量过分集中于焊口。
(3)沿焊件纵向的加热区域过宽,顶锻留量偏小,顶锻过程不足以使近缝区产生适当的塑性变形,
未能将过热金属排除于焊口之外。
(4)为了顶锻省力,带电顶锻延续较长,或顶锻不得法,
致使金属过热。
3.防治措施
(1)根据钢筋级别、品种及规格等情况确定其预热程度,
并在生产中严加控制。
为了便于掌握,宜采取预热留量与预
热次数相结合的办法。
预热留量应为1~2mm,预热次数为
1~4次,通过预热留量,借助焊机上的标尺指针,准确控制
预热起始时间;通过记数,可适时控制预热的停止时间。
(2)采取低频预热方式,适当控制预热的接触时间、间
歇时间以及压紧力,使接头处既能获得较宽的低温加热区,
改善接头时性能,又不致产生大的过热区。
(3)严格控制顶锻时的温度及留量。
当预热温度偏高时,
可加快整个烧化过程的速度,必要时可重新夹持钢筋再次进行快速的烧化过程,同时需确保其
顶锻留量,以便顶锻过程能够在有力的情况下完成。
从而有效地排除掉过热金属。
(4)严格控制带电顶锻过程。
在焊接断面较大的钢筋时,如因操作者体力不足,可增加助手协同
顶锻,切忌采用延长带电顶锻过程的有害做法。
17.1.4脆断
1.现象
在低应力状态下,接头处发生无预兆的突然断裂。
脆断可分为淬硬脆断、过热脆断和烧伤脆
断几种情况。
这里着重阐述对接头强度和塑性都有明显影响的淬硬脆断问题。
其断口以齐平、
晶粒很细为特征(图17-8)。
2.原因分析
(1)焊接工艺方法不当,或焊接规范太强,致使温度
梯度陡降,冷却速度加快,因而产生淬硬缺陷。
(2)对于某些焊接性能较差的钢筋,焊后虽然采取了
热处理措施,但因温度过低,未能取得应有的效果。
3.防治措施
(1)针对钢筋的焊接性,采取相应的焊接工艺。
通常
以碳当量(Ceq)来估价钢材的焊接性。
碳当量与焊接性
的关系,因焊接方法而不同。
就钢筋闪光对焊来说,
大致是:
Ceq≤0.55%焊接性“好”
0.55%<Ceq≤0.65%焊接性“有限制”
Ceq>0.65%焊接性“差”
鉴于我国的钢筋状况是,H级及以上都是低合金钢筋,而且有的碳含量已达到中碳范围,因此,
应根据碳当量数值采取相应的焊接工艺。
对于焊接性“有限制”的钢筋,不论其直径大小,
均宜采取闪光—预热—闪光焊;对于焊接性“差”的钢筋,更要考虑预热方式。
一般说来,
预热频率尽量低些为好,同时焊接规范应该弱一些,以利减缓焊接时的加热速度和随后的冷
却速度,从而避免淬硬缺陷的发生。
(2)正确控制热处理程度。
对于难焊的EF级钢筋,焊后进行热处理时:
第一,待接头冷却至正常温度,将电极钳口调至最大间距,重新夹紧;
第二,应采用最低的变压器参数,进行脉冲式通热加热,每次脉冲循环,应包括通电时
间和间歇时间,并宜为3s;
第三,焊后热处理温度在750~850℃选择,随后在环境温度下自然冷却。
17.1.5烧伤
1.现象
烧伤系指钢筋与电极接触处在焊接时产生的熔化状态。
对于淬硬倾向较敏感的钢筋来说,这是一种不可忽视的危险
缺陷。
因为它会引起局部区域的强烈淬硬,导致同一截面上
的硬度很不均匀。
这种接头抗拉时,应力集中现象特别突出
,因而接头的承载能力明显降低,并发生脆性断裂。
其断口
齐平,呈放射性条纹状态(图17-9)。
2.原因分析
(1)钢筋与电极接触处洁净程度不一致,夹紧力不足,局
部区域电阻很大,因而产生了不允许的电阻热。
(2)电极外形不当或严重变形,导电面积不足,致使局部区域电流密度过大。
(3)热处理时电极表面太脏,变压器级数过高。
3.防治措施
(1)
(1) 钢筋端部约130mm的长度范围内,焊前应仔细清除锈斑、污物,电极表面应经常
保持下净,确保导电良好。
(2
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