17 钢筋焊接与机械连接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连续闪光焊焊接钢筋的范围 表表 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≤20ⅠⅡⅢ100≤20≤18≤16ⅠⅡⅢ80≤16≤14≤12ⅠⅡⅢ(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)。
连续闪光焊参数连续闪光焊参数 表表 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10～1214161820221.51.52.02.02.02.03.03.03.03.03.03.04.54.55.05.05.05.0闪光闪光-预热预热-闪光焊顶锻留量闪光焊顶锻留量 表表 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2225283032361.52.02.02.52.53.03.54.04.04.04.55.05.06.06.06.57.08.0(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) (2) 电极宜作成带三角形槽口的外形，长度应不小于 55mm，使用期间应经常修整，保证与钢筋有足够的接触面积3)在焊接或热处理时，应夹紧钢筋4)热处理时，变压器级数宜采用Ⅰ、Ⅱ级，并且电极表面应经常保持良好状态 17．．1．．6 塑性不良塑性不良1．现象接头冷弯试验时，于受拉区(即外侧)横肋根部产生大于 0．15mm 的裂纹2，原因分析(1)由于调伸长度过小，焊接时向电极散热加剧(图 17-10)；或变压器级数过高，烧化过程过分强烈，温度 沿焊件纵向扩散的距离减小，形成陡降的温度梯度， 冷却速度加快，致使接头处产生硬化倾向，引起塑性降 低2)烧化留量过小，接头处可能残存钢筋断料时刀口 压伤痕迹，产生了一些不良后果因为刀口压伤部位相 当于进行了冷加工，在焊接热量的影响下，会发生以下 情况：其一，在超过再结晶温度(500℃左右)的区段产生 晶粒长大现象；其二，在达到时效温度(300℃左右)的区 段产生时效。