豎向鋼筋電渣壓力焊施工技術分析

張 峰

（中鐵十四局集團第二工程有限公司，山東 泰安 271000）

隨著我國城市化進程的不斷推進，各類建筑工程大量建造，相關技術持續(xù)進步，鋼筋連接技術也獲得了長足的發(fā)展。當前在建筑施工現(xiàn)澆混凝土結構中各類豎向、斜向鋼筋的連接或接長施工傾向于以豎向鋼筋電渣壓力焊技術取代傳統(tǒng)搭接綁扎和手工電弧焊技術。與傳統(tǒng)的搭接綁扎和手工電弧焊技術相比，豎向鋼筋電渣壓力焊技術既能夠保障工程質量，又降低了成本與人力，有效提高了施工效率，優(yōu)勢明顯。因此在工程應用中逐漸推廣開來，為建筑工程施工技術帶來革新發(fā)展。

1 豎向鋼筋電渣壓力焊的優(yōu)勢

1.1 焊接質量可靠

豎向鋼筋電渣壓力焊通過四個過程完成焊接：引弧、電弧、電渣、頂壓。將豎向放置的兩條鋼筋進行對接，焊接電流通過兩條鋼筋的中央縫隙，在焊劑層下形成電弧與電渣，產(chǎn)生電弧熱與電阻熱，熔融鋼筋，再加壓將鋼筋熔融位置壓成整體。從焊接原理上來講，豎向鋼筋電渣壓力焊的焊接質量是極為可靠的。

1.2 利于鋼筋保護

豎向鋼筋電渣壓力焊適于混凝土施工，鋼筋接頭位置可以得到混凝土的充分保護。鋼筋混凝土工程中，鋼筋焊接的質量會影響后續(xù)工程質量，對模板和混凝土施工質量影響較大。采用手工電弧焊焊接時，無論是將接頭搭接還是綁扎，接頭處鋼筋重疊還是預彎，接頭處的混凝土保護層都很難達到規(guī)范的厚度要求。因保護層厚度不足，導致鋼筋接頭易在混凝土碳化后暴露于空氣中，提前銹蝕，成為工程質量隱患。而豎向鋼筋電渣壓力焊能夠解決這一問題。接頭處鋼筋交疊較少，無變形，基本上處于同一軸線垂直狀態(tài)，接頭位置也很光滑?；炷梁穸扰c其他位置相差無幾，不會形成薄弱點，減少安全隱患，提高了整個鋼筋混凝土結構的質量。

1.3 提高效率、降低成本

豎向鋼筋電渣壓力焊的技術成果能夠節(jié)省大量資源?？梢怨?jié)約鋼材，帶來良好的經(jīng)濟效益。經(jīng)過焊接實驗表明，將φ20 的鋼接頭焊接起來，與一般的手工電弧焊接頭相對比，電弧焊技術完成單個接頭需10 min 左右，而采用同樣功率的電焊機以電渣壓力焊完成單個接頭耗時僅為15 s 左右，并且耗電量為電弧焊的1/8。豎向鋼筋電渣壓力焊每焊接1000個接頭可節(jié)省鋼材500 kg。因焊接速度較快，施工進度大大提前。常規(guī)情況下，由兩位焊工帶兩位輔助工人施工，每天工作可完成鋼筋接頭150 個。施工條件得以改善，工人勞動強度大大降低。這一技術不僅有利于工程施工，也有利于環(huán)境保護，提高了建筑施工鋼筋連接的水平，提高鋼筋混凝土施工質量，獲得良好的社會效益和經(jīng)濟效益，值得全面推廣。

2 豎向鋼筋電渣壓力焊的工藝過程

2.1 基本原理

豎向鋼筋電渣壓力焊是借助豎向鋼筋的端頭之間產(chǎn)生的電弧，熔化焊劑，在2 000 ℃以上的高溫下，獲得熔渣，將端頭均勻熔化，再進行擠壓，最終形成焊接頭。接通焊機電路后，在被焊鋼筋的端頭產(chǎn)生了電弧，周圍焊劑與端頭一起熔化，形成渣池，溫度在2 000 ℃左右，此時把上部的鋼筋向下與下部鋼筋接觸，上下鋼筋端部熔化位置形成熱塑性狀態(tài)，再讓上部鋼筋迅速下落擠壓渣池，讓熔渣和液態(tài)金屬形成接頭，出現(xiàn)一圈略有突出的、光亮的焊包。

2.2 焊接設備

豎向鋼筋電渣壓力焊設備包含：焊接機頭、焊接電流、電控箱和焊劑補充盒。

（1）焊接電源。豎向鋼筋電渣壓力焊電源多為交流弧焊機，焊機容量根據(jù)鋼筋直徑來選擇。一臺焊接電源可以讓多個焊接機頭交替使用，電纜和機頭以插接式方法相連接，獲得更高的施工效率?？蛰d電壓須超過75 V，以便焊機引弧。

（2）焊接夾具。由以下裝置組成：變速齒輪箱、手柄、升降螺桿、夾具、緊固裝置、雙導柱等。夾具可沿著雙導柱滑動，利用升降螺桿的螺母自鎖定夾緊鋼筋定位。夾具的定位精度很高，卡住鋼筋之后不用調(diào)整上下鋼筋對重。焊接接頭利用梯形螺紋傳動與單柱導向，也取得了較好的效果。焊接頭可以采用手動控制，也可以自動控制。

（3）控制箱。通過電渣壓力焊接操作，控制弧焊電源的通斷。控制箱面板上集成了電源開關、電壓表、信號燈、電鈴等設備，部分控制箱刻制焊接參數(shù)表供操作人員參考。

2.3 焊接材料

豎向鋼筋電渣壓力焊常用焊劑為HJ431，可直流、交流使用，錳、硅含量較高，含氟較少，適用于焊接低碳鋼鋼筋或者低合金鋼鋼筋，與之性能類似的焊劑還有HJ350、HJ430、HJ433 等。

2.4 焊接流程

（1）豎向鋼筋固定。接好焊機的二次電纜線與控制電纜線，確保焊機處于正常狀態(tài)下。根據(jù)焊接的鋼筋直徑調(diào)整好焊機電流?？刂频剿钄?shù)值后，安裝焊接夾具，用夾具夾緊鋼筋。固定下方鋼筋，夾具下鉗口夾好下方鋼筋。下方鋼筋的端頭伸出鉗口8 cm，上鉗口調(diào)整到距離交接位置1.5 cm 處，把上方鋼筋夾在鉗口上，調(diào)準動夾頭起始位置，讓上下鋼筋的中心軸對準，焊接位置處于同軸狀態(tài)，夾緊鋼筋。（2）焊劑盒安裝。焊劑須事先烘烤2 h，保證在焊接過程中可快速熔融操作。安裝焊劑盒地步承臺，纏上石棉繩，裝好焊劑盒，在焊劑盒內(nèi)裝滿焊劑。安裝焊劑盒過程中，焊接口要處于焊劑盒中間，石棉繩纏繞要緊密嚴實，避免出現(xiàn)焊劑泄露問題。焊機補充盒位置，盒為圓形，兩個半圓鐵皮組合而成，內(nèi)徑在100 mm 左右，與焊接鋼筋直徑匹配。焊劑盒要和焊接機頭分開。焊接完成后，拆下焊接機頭，待焊接頭保溫后再拆下焊劑盒。如果是環(huán)境溫度比較低的情況下，保溫可以避免鋼筋接頭位置發(fā)生冷淬。焊劑選擇多選用HJ431 型，可隔絕空氣并保溫，能夠穩(wěn)定電弧，補充熔渣，完成脫氧和添加元素，讓焊縫金屬合金化。（3）開始焊接。焊鉗要加載施焊的鋼筋上。接通焊機電源。鋼筋端頭打火之后，把上方鋼筋先提高3 mm 左右，在下方鋼筋端頭上引燃電弧，電弧周圍的焊劑可提高3 mm 左右，上下鋼筋表面引燃電弧，電弧周圍會熔化形成兩個小孔洞?？刂坪竸╇妷海岆妷悍€(wěn)定在35～45 V 區(qū)間。焊劑持續(xù)熔化形成足夠深度的渣池，讓鋼筋熔化。上方鋼筋向下移動。此時保持電弧電壓在22～27 V 區(qū)間內(nèi)。豎向鋼筋電渣壓力焊的焊接參數(shù)設置如表1 所示。

（4）端面相接。時刻觀察儀表上的指示燈。指示燈熄滅時，迅速搖絲桿手柄將上部鋼筋送下。鋼筋和夾具的自重就可以讓上部鋼筋下落，稍微用力即可以滿足上部鋼筋下壓的壓力要求。頂壓未完成后不要馬上松開夾具，要穩(wěn)定持桿8 s 左右，待焊接縫完全凝固之后再松手，避免出現(xiàn)焊縫凝固之前夾具回彈導致焊縫開裂的問題。（5）完成焊接。保溫25 s 左右，打開焊劑盒，去除焊劑。拆除焊劑盒、夾具和石棉繩。將焊渣殼去除，露出光滑的焊接接口，完成單個端面焊接。及時對接頭進行外觀檢查，對于有問題的接頭，要馬上切除重新焊接。

3 電渣壓力焊易產(chǎn)生問題及控制措施

3.1 焊劑選擇

購買焊劑應選定合格廠家，焊劑帶有合格證，重點物化性能檢驗報告，方可進入施工現(xiàn)場。了解焊劑說明，按需求編號存檔，作為焊劑質量保障留存材料。豎向鋼筋電渣壓力焊使用的焊劑要確保干燥，才能發(fā)揮其性能。焊劑在使用前要烘烤，施工中未燒結的焊劑可以在清除雜質后與新焊劑混合使用。散落在地面的焊劑因為外觀變化，很容易受潮，也應烘烤后使用。對于沒有烘干的，含水量過高的或者出廠較久的焊劑，均不可使用。

3.2 避免焊包不均勻

鋼筋端頭的焊接位置應保持平整，如果端頭過于傾斜或者毛槎過大，都會導致熔融量不足。頂壓過程中，熔化的金屬在接頭四周分布開來，如果鋼筋端頭不平，熔融金屬的分布就會不均勻；用鋼絲球引弧時，鋼絲球的擺放也會偏斜。回收焊劑的雜物要完全清除，焊劑保持干燥，焊劑裝填確保均勻不泄露。上接鋼筋保持與地面垂直，不能搖搖晃晃或者偏斜。

3.3 防止鋼筋偏心

焊接過程中，鋼筋端部要上下同軸，保持順直。夾具調(diào)整完成后，夾緊上下鋼筋，鋼筋中心軸不能偏移。焊接后要保持一定時間才能放松夾具，不能馬上放松，否則焊接頭部分還處于高溫，未冷卻凝固，鋼筋容易傾斜偏移。

（1）防止咬邊。如果出現(xiàn)咬邊問題，一般為過操作所致。在焊接過程中，將鋼筋端部順直后，可以適當縮短焊接時間，及時停止焊接，此時適當加大上部鋼筋下壓的力度，能夠避免咬邊的問題出現(xiàn)。

（2）防止氣孔未焊合。首先，使用的焊劑必須干燥，在焊接過程中不能有水汽進入焊接點，否則大量氣體融入到渣池中，會導致焊接位置出現(xiàn)氣孔。在焊接之前，先清除鋼筋端頭的鐵銹，延長焊接時間或者加大焊接電流。調(diào)整好其中一個或幾個參數(shù)，可以確保焊接點無氣孔。每個施工現(xiàn)場基本存在的問題類似。在出現(xiàn)一個氣孔問題后馬上進行焊機參數(shù)調(diào)整，后續(xù)可減少氣孔問題。

（3）防止焊接接頭斷裂。不僅要防止焊劑中的水分，同樣要防止環(huán)境中的水分。禁止在雨天或者濕度過高的天氣進行焊接施工。樓板混凝土養(yǎng)護用水不要淋到剛焊接完畢的鋼筋接頭位置上。部分焊接接頭問題出現(xiàn)也在于焊接之前未能檢查接口情況，接口存在雜質或者形狀怪異，都會導致熔融不完全，焊劑敷設不均勻，帶來質量隱患。

（4）虛焊成型不良問題的改善。虛焊問題的出現(xiàn)一般是由于操作不到位導致的。如果發(fā)現(xiàn)存在虛焊，須調(diào)整焊機數(shù)據(jù)，增大電流，增加焊接時間，去除鋼筋表面的鐵銹、油污、雜質、水汽等。

（5）獲取試件。焊接完成后的接頭要按照檢驗批次進行質檢驗收。質量檢驗標準包括外觀和性能檢驗。性能檢驗主要是檢驗其力學性能，在接頭外觀檢查完畢后，現(xiàn)場隨機選取試件檢驗其力學性能。外觀和力學性能檢驗合格后才能進行后續(xù)施工。

根據(jù)以上施工易出現(xiàn)的問題，對豎向鋼筋電渣壓力焊的質量可靠性展開實驗。技術人員分別用不同鋼種和不同直徑的鋼筋進行了試驗焊接。一方面強化操作技能，一方面檢查該技術的效能。繼續(xù)在現(xiàn)場進行實地驗證，施工焊接完成后的接頭位置表明，鋼筋接頭的受力情況和設計計算中的理論值非常接近。并且手工電弧焊接頭位置總是出現(xiàn)鋼筋的軸線向不同方向偏離的問題，即使預處理后的接頭也會出現(xiàn)搭接不標準的情況。豎向鋼筋電渣壓力焊的接頭可以通過夾具輕松保持上下鋼筋同軸線，接頭的質量也非常安全牢固，豎向鋼筋電渣壓力焊的試件質量與施工地點現(xiàn)場的接頭質量可保持一致。并且焊接過程中，設備穩(wěn)定，不會出現(xiàn)虛焊假焊，坑坑洼洼等問題。焊接完成后的鋼筋受力狀態(tài)穩(wěn)定，焊接位置力學性能接近理論計算值。在高層建筑施工過程中，可推廣該焊接技術。

4 電渣壓力焊焊接施工安全保障措施

焊接施工人員須經(jīng)過專業(yè)培訓，在現(xiàn)場完成技術交底，配備焊接專用的勞動保護產(chǎn)品，包括絕緣鞋和手套等，保持全身服裝用具干燥，避免出現(xiàn)觸電事故。在潮濕的位置作業(yè)，要在腳下墊干燥的絕緣物品隔絕潮濕，如干燥的木板、橡膠板等。高溫天氣下的焊接施工，在現(xiàn)場要做好防暑降溫工作，避免長時間在陽光下工作造成身體損傷。焊接設備的電源、控制器等各種設備的外殼都必須固定接好接地線或者零線，露天放置的焊劑必須用防雨布遮蓋。電源、電纜、控制電纜的聯(lián)結要多次檢查，確保聯(lián)結正確。焊接電纜上要有絕緣措施，絕緣設備完整。對于絕緣性能不良的電纜，絕緣設施有破損的電纜，必須禁止使用。電源線的截面積必須大于25 mm2。二次線上電壓壓降小于4 V。用于豎向鋼筋電渣壓力焊操作的工作臺，腳手架必須確保牢固可靠，適宜操作，保證施工人員安全。完成施工后，施工人員保管好焊機、電源箱、電纜等物品，避免設備丟失、損壞。檢查是否存在安全隱患。

5 結語

綜上所述，豎向鋼筋電渣壓力焊的優(yōu)勢明顯，操作簡單，節(jié)省資源，具備良好的實用性，在建筑工程中的使用逐漸廣泛起來。根據(jù)部分工程的測算，豎向鋼筋電渣壓力焊能夠為1 000 個接頭的焊接需求節(jié)省將近20 000 元費用，可見該技術的綜合效益良好。特別是在當前高層框架結構建筑越來越多的條件下，豎向鋼筋電渣壓力焊技術值得大力推行，廣泛應用，發(fā)揮效能，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益和社會效益。