HRB500E高強(qiáng)抗震鋼筋墩粗電渣壓力焊接新工藝試驗(yàn)

霍曉敏，全　強(qiáng)

（四川省建筑科學(xué)研究院，四川成都610081）

HRB500E高強(qiáng)抗震鋼筋墩粗電渣壓力焊接新工藝試驗(yàn)

霍曉敏，全強(qiáng)

（四川省建筑科學(xué)研究院，四川成都610081）

隨著我國(guó)高強(qiáng)抗震鋼筋應(yīng)用的增加，某些HRB500E鋼筋采用傳統(tǒng)鋼筋電渣壓力焊接工藝焊接，很難保證焊接接頭質(zhì)量。介紹了兩種使鋼筋接頭截面積增大的新工藝，采用新工藝對(duì)直徑22mm和25mm的HRB500E高強(qiáng)抗震鋼筋進(jìn)行試驗(yàn)，與傳統(tǒng)電渣壓力焊接對(duì)比分析，驗(yàn)證新工藝的可靠性和優(yōu)越性。

HRB500E高強(qiáng)抗震鋼筋；電渣壓力焊；焊接新工藝；截面積增大

0　前言

根據(jù)《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》GB1499.2-2007規(guī)定，在我國(guó)現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)中常用的普通熱軋帶肋鋼筋有HRB335（C3）、HRB400（C4）、HRB500（C5）三種牌號(hào)級(jí)別，習(xí)慣上稱為Ⅱ級(jí)鋼、Ⅲ級(jí)鋼、Ⅳ級(jí)鋼。HRB500E鋼筋具有強(qiáng)度高、抗震性能好、節(jié)省鋼材用量等特點(diǎn)，是我國(guó)大力推廣使用的鋼筋牌號(hào)。

鋼筋電渣壓力焊是豎向鋼筋連接的主要方法之一，其施工簡(jiǎn)單、成本較低，在施工中應(yīng)用較廣。然而，近幾年鋼筋品種的更新和鋼筋焊工操作水平的不斷下降，采用傳統(tǒng)焊接工藝焊接某些HRB500E鋼筋時(shí)，很難保證焊接接頭質(zhì)量，甚至有的焊工在焊接HRB400鋼筋時(shí)都不能保證接頭質(zhì)量，造成鋼筋電渣壓力焊逐漸被人誤解為不易保證焊接質(zhì)量的技術(shù)，不愿使用。為改善這種情況，本試驗(yàn)采用新的焊接工藝措施，對(duì)HRB500E鋼筋進(jìn)行電渣壓力焊試驗(yàn)，對(duì)比分析焊接接頭的性能。

1　工藝介紹

傳統(tǒng)焊接工藝焊接時(shí)，由于擠壓力小，鋼筋接頭及熱影響區(qū)橫截面與母材基本相同，如果鋼筋出現(xiàn)軸線偏移等缺陷時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響接頭的整體承載力，在焊接HRB400及其以下強(qiáng)度鋼筋時(shí)，由于鋼筋含碳量和強(qiáng)度較低，即使存在一定的缺陷，焊劑中的滲合金作用可以提高焊縫強(qiáng)度，仍能保證接頭質(zhì)量。但HRB500E鋼筋[1]強(qiáng)度較高，化學(xué)成分和軋制工藝都與以往鋼筋不同，其電渣壓力焊接性能并不理想，常出現(xiàn)接頭斷于熱影響區(qū)，呈脆性斷裂。受鋼筋閃光對(duì)焊接頭特征的啟發(fā)，增加接頭的橫截面積可以大大提高接頭的承載力，本試驗(yàn)驗(yàn)證了兩種增大接頭截面積的方法，都能達(dá)到提高接頭承載力的效果。一種方法是采用冷鐓機(jī)，焊接前先對(duì)鋼筋端頭進(jìn)行墩粗，再用傳統(tǒng)焊接工藝焊接；另一種方法是采用專用的焊接加壓裝置，在焊接的擠壓階段增大擠壓力，使鋼筋接頭在紅熱的焊劑包裹下增大截面。

2　試驗(yàn)過程

2.1材料選用及編號(hào)

試驗(yàn)選用的鋼筋是采用傳統(tǒng)電渣壓力焊接工藝焊接時(shí)均無(wú)法保證接頭質(zhì)量的，直徑分別為22mm和25 mm，試樣編號(hào)如表1所示。

表1　試樣編號(hào)

2.2鋼筋母材性能試驗(yàn)

對(duì)1#和2#鋼筋分別進(jìn)行母材化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)和金相試驗(yàn)，如表2、表3、圖1、圖2所示。

表2　鋼筋母材化學(xué)成分實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值[1]比較

表3　鋼筋母材力學(xué)性能實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值[1]比較

圖1　1#試件金相組織

圖2　2#試件金相組織

1#鋼筋母材中心組織為鐵素體和珠光體均勻分布，邊緣組織較細(xì)，除具有鐵素體和珠光體組織，還有大量的粒狀貝氏體組織存在。

2#鋼筋母材邊緣中心與中心組織為鐵素體和珠光體，其中珠光體較鐵素體偏多，邊緣組織晶粒度略微偏細(xì)，發(fā)現(xiàn)少量的粒狀貝氏體組織。

2.3焊接接頭制作

試驗(yàn)設(shè)備使用四川省建筑科學(xué)研究院生產(chǎn)的JSD-630型豎向鋼筋電渣壓力焊機(jī)，焊接夾具為杠桿式夾具，焊劑型號(hào)為HJ431，焊機(jī)空載電壓80 V，由同一名焊工進(jìn)行焊接，焊接參數(shù)如表4所示。

表4　焊接參數(shù)

2.4力學(xué)性能試驗(yàn)

1#試樣采用傳統(tǒng)焊接工藝和增大擠壓力焊接工藝兩種方法焊接，2#試樣采用傳統(tǒng)焊接工藝、先冷墩粗后焊接工藝和增大擠壓力焊接工藝三種方法焊接（見表5），每種試樣接頭經(jīng)外觀檢查合格后，進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，分別留存1個(gè)焊接接頭進(jìn)行金相組織分析和硬度試驗(yàn)。力學(xué)試驗(yàn)時(shí)接頭斷裂狀態(tài)主要有兩種情況：斷口位于熱影響區(qū)，呈脆性斷裂，接頭抗拉強(qiáng)度明顯低于母材，斷口特征見圖3a、3b；斷口位于遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材區(qū)域，呈延性斷裂，斷口特征見圖3c。斷裂狀態(tài)為圖3a、3b情況判斷為不合格，斷裂狀態(tài)如圖3c情況判斷為合格。

表5　1#、2#鋼筋焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3　試驗(yàn)分析

3.1力學(xué)性能分析

力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可知，采用傳統(tǒng)焊接工藝焊接的接頭均斷于焊縫或熱影響區(qū)，呈脆性斷裂，而采用兩種新焊接工藝施焊的鋼筋接頭100％斷于鋼筋母材，并呈延性斷裂，說明采用新焊接工藝焊接以上兩種鋼筋的質(zhì)量較理想。

3.2金相組織

鋼筋接頭宏觀金相如表6所示。由表6可知，采用兩種新焊接工藝的鋼筋接頭區(qū)域截面積均明顯增大，對(duì)接頭的承載力有增加作用。

采用三種焊接方法，直徑25 mm的2#接頭試樣微觀金相如表7所示。

采用傳統(tǒng)焊接工藝的2#接頭過熱區(qū)是粗大魏氏體組織，而且晶界沒有高密度的位錯(cuò)，也沒有細(xì)小的碳化物析出，這些粗大的魏氏體組織很容易發(fā)生沿晶斷裂。采用兩種新工藝焊接的接頭的過熱區(qū)也是粗大魏氏體組織，由于其接頭墩粗后截面積增大較多，承載力增大，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，斷裂于母材位置。

4　結(jié)論

（1）對(duì)于某些HRB500E鋼筋采用傳統(tǒng)焊接工藝焊接無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[2]要求時(shí)，采用新工藝使焊接接頭橫截面積增大，接頭承載力均得到增大，接頭力學(xué)試驗(yàn)可以保證100％合格率。

表6　鋼筋接頭宏觀圖片比較

表7　采用三種焊接方法的2#焊接接頭熱影響區(qū)微觀組織

（2）采用在焊接的同時(shí)增大擠壓力來增大接頭截面積的方法較適用于施工現(xiàn)場(chǎng)，這種焊接方法既不需增加工序，與傳統(tǒng)的焊接工藝效率相同，又可以改善接頭組織，提高接頭質(zhì)量。

[1]GB 1499.2，鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋[S].

[2]JGJ 18，鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程[S].

HRB500E high strength reinforcement pier coarse electroslag pressure welding technology

HUO Xiaomin，QUAN Qing
（SichuanConstruction Science Research Institute，Chengdu 610081，China）

With the increase of high strength reinforcement application in our country,some HRB500E reinforced the traditional steel bar electroslag pressure welding technology in welding，it is difficult to guarantee the quality of welding joint，this paper introduces two kinds of the new technology of using the reinforced joint sectional area increase，adoption of new technology on the 22 mm diameter and 25 mm HRB500E high strength reinforcement to test,and contrast analysis with traditional electroslag pressure welding，test and verify the reliability of the new process and superiority.

HRB500E high strength reinforcement；electroslag pressure welding；new welding technology；sectional area increase

TU7

B

1001－2303（2015）11－0129-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.11.27

2015-09-08

霍曉敏（1982—），男，黑龍江人，工程師，碩士，主要從事焊接技術(shù)研究和焊接質(zhì)量檢測(cè)工作。