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1、摩擦焊工艺与应用一工程概况港珠澳大桥岛隧工程海底隧道采用两孔一管廊截面形式，宽3795cm，高1140cm，底板厚150cm，侧墙及顶板厚150cm，中隔墙厚80cm。沉管由33个管节组成，管节长180 m（8个节段组成），其中的4个管节长112.5 m （5个节段组成）。节段长22.5 m，由节段连接成管节。LlililllS 1111J?JS管节横断面示意图管节采用两条生产线同时生产，每条生产线要制作100多件节段，平均每月 每条生产线要生产4个节段。单节段钢筋用量约9001,钢筋级别均为HRB400，每条生产线每天的钢筋加 工量达100多吨。节段预制钢筋加工量大，钢筋密集，每方混凝土用钢
2、量约为280公斤，远 远高于世界范围内同类工程用钢量。采取传统钢筋加工方式无法满足生产需要， 经过前期的比较调研，借鉴各大型工程和工厂钢筋加工中心的成熟经验，结合工 程实际需要，形成港珠澳特色的全自动钢筋加工中心。钢筋笼的施工采用流水线 方式，钢筋集中在加工区成型，然后，依次通过底板区、侧墙区、顶板区绑扎成 钢筋笼，最后推送入浇筑区。节段的砼浇筑采用一次完成的全断面浇筑工艺施工，浇筑前，38mX22.5m X 11.4m的庞大钢筋笼要经过多次体系转换，才能在砼浇筑区设定的位置就位。 钢筋加工精度要求高，钢筋笼体系中还有预埋的各种类型预埋件，预埋件的安装 精度要求也很严格，这就要求钢筋笼必须要有
3、足够的稳定性。钢筋构造图如下：标准管节钢筋构造断面图回二J型拉钩筋的设置与摩擦焊1、J型拉钩筋的应用为满足管节受力设计的需要，在庞大的钢筋笼中，侧墙、中墙以及底板、顶 板中，剪力键等部位，都需布设大量的箍筋，或是拉筋。由于钢筋笼的钢筋太密集，且又要兼顾预埋件及预埋件的锚固筋等因素的影 响，哪怕是开口的双肢箍也难以有足够的空间位置进行操作。对于只需进行单向 约束的钢筋，如果使用双肢箍，是既费料又费力，而通常惯用的单肢箍，由于其 两端都带有180弯勾，在这种情况下是难以实施，在以流水作业生产方式施工 钢筋笼时，两头都带180弯勾的拉筋根本就无法就位，于是，就催生了 J型 拉钩筋-所谓J型拉钩筋，就
4、是拉筋只有一端有180弯勾，而另一端只是90 的直勾，这样，拉筋的就位变得轻而易举了，但是，钢筋的直勾不能满足拉筋的 力学要求，为此，这个直勾就用一定规格的小钢板替代，最终成为所谓的J型 拉钩筋-J型拉钩筋的大样如下图：2、摩擦焊与J型拉钩筋J型拉钩筋能替代传统拉勾筋的关键在于用小钢板与钢筋的焊接能满足 对拉勾筋的力学要求。拉勾筋与小钢板的焊接，如果沿用气焊、电弧焊，或是闪光焊等工艺，对少 量需求来说，虽然过程复杂一些，也可以做到。但是，本工程的单个节段就需要 约18000个拉勾筋，两条生产线平均每周就需约36000个，数量如此大的需求， 即使不计资源的消耗，生产的效率也跟不上。摩擦焊。采用摩
5、擦焊方式将拉勾筋与小钢板焊接，所有问题都迎刃而解了。 用摩擦焊的方式焊接，无需附加任何额外的焊材，无需添加大型设备，也无需大 的能源，三摩擦焊原理摩擦焊就是摩擦压接法。摩擦焊，就是将2种拟焊接的母材对合，并使之作相对的旋转运动，在此过 程中，渐次施加推力使接触面因摩擦而产生热量，利用该热量使对合面以及附近 软化。当对合面的温度达到一定的压接温度时，则停止相对运动，并再进一步增 大压接推力，利用原子间引力的作用进行2种母材的接合的方法。在摩擦焊过程中，拟焊接的两种母材发生如下物理变化；1、将因摩擦生热而软化的变形阻力降低的2种母材的原子间距离缩近。2、若将接触时的材料表面原子团在拉伸力引力的作用
6、位置缩近，直至该引力 与反方向发出的互相作用力斥力处于平衡状态的位置，则完成接合。3、因此，需要在该金属的熔点以下才能形成平衡状态。4、即使在不同种类的金属间，若能形成引力和斥力的平衡状态也可完成接合。四 摩擦焊优点摩擦焊在焊接过程中，母材经历如下的变化：机械能转化为热能f材料塑性变形f热塑性下的锻压力f分子间扩散再结晶。 相对传统的熔焊，摩擦焊具有很大的优越性。1、焊接接头质量高。不存在气泡等焊接缺陷，焊缝强度能达到与基体材料 等强度。2、质量稳定、一致性好，可实现异种材料焊接等。 与传统钨极氩弧焊 （TIG） 和熔化极氩弧焊（MIG）焊接相比较，摩擦焊在接头力学性能上具有明显的 优越性。例
7、如 ,对于 6.4mm 厚的 2014-T6 铝合金， FSW 焊接头性能比 TIG 焊 高16%;对于12.7毫米厚的2014-T6铝合金，FSW焊接头性能比TIG焊高22%. 搅拌摩擦焊接头性能数据一致性较好，工艺稳定，焊接接头质量容易保证。3、热变形小，有较高的尺寸精度。4、焊接效率高，无需坡口、互锁等焊接前的加工。四 摩擦焊在成本上的优势摩擦焊仅是利用两母材间的作相对运动产生热量，最终实现两母材的接合， 实际生产中非常容易解决，相对于其他的焊接方式，从经济角度来看，具有很大 的优越性，主要如下：1、焊接机结构简单，就只 100g 重左右的小钢块在夹具的夹持下作飞速旋 转，从已使用了一个
8、季度的情况看，摩擦焊接机的运行非常稳定可靠，耐 用性良好。2、焊接机只需一人操作，程序相当简单，一看就懂，一学就会，不需作 复杂的长时的培训。3、无需附加焊材，无需坡口、互锁等焊接前的加工，也无需大功率电源，与 其他焊接方式相比，消耗功率仅是其他焊接方法的1/51/20。4、效率相当高，这是其他焊接方式无法比拟的。按不同的钢筋直径，在焊机上 焊接只需1530s, 一条拉勾筋平均不需1分钟，每台焊机每天可焊接拉筋8001200 条，现场配置了 3 台摩擦焊机，就满足了需要。在不计入焊接前的加工工作，焊接的效率就比通常的熔焊高出约810倍，且基本无废品。5、从投入产出方面来说，摩擦焊的效益也是可观
9、的。分析如下：1）一台焊机约310万元，三台约930万元。按每节段18000个拉勾筋，全 线252个节段有453.6万个拉勾筋，每个拉勾筋摊分投资约2元。2）在人力投入上，一个操作人员每班以生产 500 个计，即生产率为 0.05 万个 /工日，453.6 万个拉勾筋需 9072 个工日。比熔焊方式节省约 8 万个工日， 这 8 万个工日就与焊机的投资相当了。3）坡口、互锁等焊接前的加工，焊接过程中的焊剂、焊材等等，这些消耗在 摩擦焊接工艺中都不需要，估计如果分摊到每个拉勾筋中，每个不会少于 1 元。4）从能源消耗方面，摩擦焊接机在运转过程中，只有夹持了 100g 重左右的 小钢块的夹具作飞速
10、旋转需要能源，再无其他，消耗功率仅是其他焊接方 法的 1/51/20。五 摩擦焊的社会效益摩擦焊与热熔焊比较，其社会效益也十分明显。1、在动力方面，摩擦焊只涉及固定在焊机上的旋转夹具，没有移动的电源、气 管和气罐，安全防护简便，安全性高；2、在焊接的全过程中，不产生电弧光、火花、噪音以及气体排放，对环境及操 作人员不存在有害影响。3、摩擦焊消耗功率仅是其他焊接方法的 1/51/20，很大程度上节约了能源；4、质量稳定可靠，并可进行异种金属的焊接；5、对摩擦焊的质量，目前尚无相关的规范，参照钢筋锚固板应用技术规程JGJ256-2011标准，由国家钢材质量检测检验中心对产品进行试验检测，结果证 明
11、摩擦焊的钢筋连接性能拉抗强度高于母材的拉抗强度，完全符合要求。6、摩擦焊是国外引进技术，由于摩擦焊的应用，给工程设计和施工带来新的思 路，也拓展了设计、施工技术的发展的空间。六 摩擦焊在本工程中应用的具体情况1、具体工序如下:1）钢筋加工2）锚固板加工步骤 图片说明3)J型拉钩筋的加工和使用2、J型拉钩筋的检测试验情况作拉伸检测试验情况拉伸检测试验破坏情况拉伸检测试验破坏试件2、摩擦焊的检验报告国家建筑钢林质员监皙检灘中心检验扌艮告* 祥無专/建样股号24SI2W1 164,2012 W112M12W1心iA 罪 擁那mm钿1初=2気 制亜，2trawn钢毎器EM 曲叫2Onun=2 Strirn审飙2GmmIcfU真MHflt ft t &、MPn/008aiSW紙惭JKjrwtei/
