电渣压力焊工艺在桥梁钢筋施工中的应用及质量控制要点探析

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摘要:本文介绍了电渣压力焊工艺在公路桥梁钢筋焊接施工中的应用,对电渣压力焊这种钢筋焊接施工工艺从工艺的选用、工作原理、焊接设备及选料、操作要点、施工质量控制等几个方面进行阐述,使同行们对桥梁空心薄壁墩主筋焊接采用电渣压力焊的焊接方式有一共同的认识,并对较好的探讨了电渣压力焊的操作要点及施工质量控制,能够为电渣压力焊的推广和使用提供指南。

Abstract: This paper introduces the application of electroslag welding process in the construction of road and bridge steel welding, expounds electroslag welding process from choice, working principle, welding equipment and materials, the key pionts of operation, the construction quality control, and other aspests, which make their colleagues have a common understanding on using electroslag welding process in the thin wall pilla hollow steel bridge welding. This paper also discussed the quality control points of electroslag welding process and construction quality control, which can provide guide lines to the promotion and use of electroslag welding process.

关健词:电渣压力焊;施工应用;质量控制

Key words: electroslag welding;construction applications;quality control

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0083-02

0引言

随着我省高速公路建设的飞速发展,桥梁建设出现了高墩、大跨越来越多的特点。而且高墩多以空心薄壁墩为主。高墩钢筋制作施工时(尤其是空心薄壁墩施工时),主筋的焊接工序最为困难,也是占用高墩施工时间最多的工序。为了保证主筋的焊接质量,压缩施工时间,加快施工进度,就很有必要采用合理的焊接工艺。采用电渣压力焊工艺,可以从根本上解决主筋焊接的难题,保证施工质量,加快工程进度。现结合本人参与过的工程建设项目,简要地谈谈电渣压力焊焊接工艺的应用及质量控制要点。

1电渣压力焊焊接工艺的选用

平定高速公路第十二合同段K265+883大桥、K266+180大桥下部构造均为空心薄壁墩,墩身最高的达到32m,墩身顺桥向宽250cm,横桥向宽600cm,墩身主筋为Φ28螺纹钢,每个墩顺墩身一周共304根主筋,在角隅处每三根主筋并成一束,其余均每两根一束。由于主筋布设方式非常密集,普通电弧焊根本无法实现主筋的焊接,因此我们经过各种焊接工艺特点的对比,采用了电渣压力焊焊接工艺。此工艺操作简单,适用于竖向焊接钢筋,且不用弯曲焊接接头,省料、省电,省时间,经济效益明显,从而在该合同段桥梁施工中得到了广泛的应用,保证了主筋焊接质量。

2电渣压力焊工作原理

钢筋电渣压力焊是将两根钢筋安放成竖向对接形式,利用焊接电流通过两根钢筋间隙,在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程,产生电弧热和电阻热,熔化钢筋,加压完成的一种压焊方法。电渣压力焊的焊接过程包括四个阶段:引弧过程、电弧过程、电渣过程和顶压过程。焊接开始时,首先在上、下两根钢筋端面之间引燃电弧,使电弧周围焊剂熔化形成空穴;随之焊接电弧在两根钢筋之间燃烧,电弧热将两根钢筋端部熔化,熔化的金属形成熔池,熔融的焊剂形成熔渣(渣池),覆盖于熔池之上,此时,随着电弧的燃烧,上、下两根钢筋端部逐渐熔化,将上钢筋不断下送,以保持电弧的稳定,继续电弧过程;随电弧过程的延续,两根钢筋端部熔化量增加,熔池和渣池加深,待达到一定深度时,加快上钢筋的下送速度,使其端部直接与渣池接触,这时,电弧熄灭而变电弧过程为电渣过程;待电渣过程产生的电阻热使上、下两根钢筋的端部达到全截面均匀加热的时候,迅速将上钢筋向下顶压,挤出全部熔渣和液态金属,随即切断焊接电源,完成焊接工作。因此,电渣压力焊适用于现浇钢筋混凝土结构中竖向钢筋的连接,特别是对于高墩、柱的钢筋连接。

3焊接设备和材料

3.1 焊接机具①焊接电源。电渣压力焊可采用交流或直流焊接电源,根据施工经验,采用交流电焊接的效果较理想。焊机容量根据所焊钢筋的直径选定。②焊接夹具。焊接夹具由立柱、传动机械、上下夹钳、焊剂筒等组成,其上安装有监控器,即控制开关、次级电压表、时间显示器(蜂鸣器)等,焊接夹具应具有足够的刚度,在最大允许荷载下应移动灵活,操作便利;焊剂筒的直径应与所焊钢筋直径相适应。③控制箱。控制箱的主要作用是通过焊工操作,使弧焊电源的初级线接通或断开,控制箱正面板上装有初级电压表、电源开关、指示灯、信号电铃等,也可刻制焊接参数表,供操作人员参考。

3.2 焊剂焊剂作用为熔化后产生气体和熔渣,保护电弧和熔池,保护焊缝金属,更好地防止氧化和氮化;减少焊缝金属中化学元素的蒸发和烧损;使焊接过程稳定;具有脱氧和掺合金的作用,使焊缝金属获得所需要的化学成分和力学性能;焊剂熔化后形成渣池,电流通过渣池产生大量的电阻热;包托被挤出的液态金属和熔渣,使接头获得良好盛开;渣壳对接头有保温和缓冷作用。

4操作要点

4.1 工艺过程①焊接操作。第一,工作示意见图1。操作前应将钢筋待焊端部约150mm范围内的铁锈、杂物以及油污清除干净;要根据竖向钢筋接头的高度搭设必要的脚手架,在空心薄壁墩主筋焊接时,由于下部钢筋固定在混凝土中,较为稳定,而每次焊接整根9m长的钢筋,所以必须确保焊工在焊接操作时上方的钢筋稳定、上下移动方便,并防止钢筋在夹紧后晃动。第二,焊接夹具的上、下钳口应夹紧于上、下钢筋的适当位置,钢筋一经夹紧不得晃动。第三,引弧宜采用铁丝圈或焊条引弧法,就是在两钢筋的间隙中预先安放一个引弧铁丝圈(高约10mm)或1根焊条芯(直径为3.2mm,高约10mm),由于铁丝(焊条芯)细,电流密度大,便立即熔化、蒸发,原子电离而引弧;亦可采用直接引弧法,就是将上钢筋与下钢筋接触,接通焊接电源后,即将上钢筋提升2～4mm,引燃电弧。第四,经过四阶段的焊接过程(引弧、电弧、电渣、顶压)之后,接头焊毕应适当停歇,方可回收焊剂和卸下焊接夹具,敲去渣壳;四周焊包应均匀,凸出钢筋表面的高度应不小4mm(见图2)。②焊接注意事项。第一,焊剂使用前,须经恒温250℃烘焙1～2h;焊剂回收重复使用时,应除去熔渣和杂物,若受潮,须再烘焙。第二,焊前应检查电路,观察网路电压波动情况,如电源的电压降大于5%,则不宜焊接。

4.2 焊接参数电渣压力焊的焊接参数应包括焊接电流、电压和通电时间,并应符合表1的规定。对不同直径的钢筋进行焊接时,应按较细钢筋的直径选择参数;焊接时间可适当延长。

5质量控制

5.1 竖向钢筋电渣压力焊易发生的质量缺陷及原因分析①焊接接头弯折。原因:新进的钢筋或用断料机切割过的钢筋,它的端头不平整,端部产生弯折,这样两根钢筋对接时,接触面就不平从而产生弯折;施工班组考虑经济因素,使用已经磨损的夹具;为了赶工期或夹具数量不够,使得夹具拆除时间太早。②焊接接头轴线位移。原因:焊接时上下两钢筋没有处在同一轴线上,接头轴线发生偏移的现象较多。夹具夹紧后,由于钢筋偏长摇晃而造成钢筋轴线的偏移;有的上下夹具没调整好,使上下两钢筋安装不同心;有的端头不直,钢筋虽然保持在同一线上,但端部产生偏移。③焊包不均、偏向。原因:由于钢筋端面不平;焊剂装不匀或泄漏;回收的焊剂中的杂物没清除干净;钢筋安装时轴线偏移;钢筋端头焊接面不平钢筋熔化后流向低的一面。④焊接接头表面气孔、未焊合。外观检查时可看见焊包的表面上有气孔,钢筋的端面上有一部分未熔化,切割该根钢筋焊接接头做试验时往往尚未达到屈服强度就断裂。原因:由于焊接电流偏小;焊接时间不足;焊剂受潮等。⑤焊接接头“虚焊”。焊接接头结合不良是钢筋电渣压力焊最大质量隐患,结合不良的“虚焊”就是外观正常,但若受外力冲击,接头就会断裂,如果没认真的进行检查将给工程留下隐患。原因:熔透时间不足;电流太小;焊接速度太快;接头面不洁。⑥焊接接头脆断。焊接接头外观检查合格,但抽取现场焊接接头做试验时,发现接头脆断。原因:接头降温太快。

5.2 竖向钢筋电渣压力焊质量控制的措施①选择合格的施工班组。从事电渣压力焊的焊工在上岗前,除了本人持有专业培训取得成绩的合格证外,还应在施工现场将所焊接钢筋的规格、级别进行试焊接后,经过检查合格后才能进行焊接施工。②选择合格的焊剂。焊剂在购买时应有出厂合格证,了解该品种焊剂的使用说明,并且将焊剂合格证收集后编号存档,作为焊接的质量保证资料之一。电渣压力焊所使用的焊剂必须干燥,这样才能充分发挥焊剂的物理及化学性能。焊剂使用前须经250~300℃恒温烘烤2小时,施工中尚未烧结成块的焊剂可与新焊剂混合使用但应清除焊剂中杂质,洒落地面上的焊剂极易受潮回收使用时也应该烘烤,严禁使用未烘干的焊剂或出厂时间较久的焊剂。③防止弯折的措施。钢筋端头弯折应矫直,使钢筋端头顺直,端头矫直时不能用铁锤敲打;更换已磨损的夹具,夹具安装时应使上下钢筋夹紧,保持两端钢筋的同心度;焊接至少等3min后再拆除夹具,最好多备用一些夹具可提高工效,又可保证焊接质量。④防止轴线位移的措施。安装时钢筋端部要顺直,上下夹具调整好并夹紧,使钢筋保持在同一轴线上;焊接长度较长的钢筋应搭设架子,辅助工站在架子上,戴绝缘手套扶持钢筋,使钢筋尽量保持垂直。⑤防止焊包不均、偏包的措施。钢筋端头焊接面应平整,不平的焊接面用切割机切割掉;回收的焊剂中的杂物应清除干净,特别是泥块,且焊剂要干燥,焊剂装填应四周均匀一致,不得泄漏;钢筋应扶持垂直于地面,不能摇晃。⑥防止气孔未焊合措施。所使用的焊剂应烘干;钢筋端头的铁锈用钢丝刷消除干净,同时延长焊接的时间;增大焊接电流;掌握好挤压时间参数。⑦防止结合不良“虚焊”现象。增大电流;避免焊接时间过短;钢筋表面上的水泥浆、污泥、油污及铁锈必须清除干净。⑧防止焊接接头脆断措施。禁止在雨天焊接。⑨选择合适焊接参数。应根据焊接钢筋直径选择适合电渣压力焊电源性能指标,同时掌握电弧过程和电流过程的延续时间。应该说焊接总时间与被焊接钢筋直径密切相关,只有选择适合的焊接参数,才能保证焊接的质量。⑩按规范切取试件。施工中应严格执行《钢筋焊接及验收规程》的具体规定,电渣压力焊接头外观必须分批检查,外观检查要求采取过“三关”的检查制度,即班组自检、工地质检员复检、监理人员重检,确保焊接接头外观质量合格,若外观检查不合格的必须将焊接接头切除重焊。外观检查合格的钢筋接头按规定进行“见证”取样送检。

6应注意的其他问题

在钢筋电渣压力焊过程中,应重视焊接全过程中的任何一个环节。接头部位应清理干净;钢筋安装应上下同心;夹具紧固,严防晃动;引弧过程,力求可靠;电弧过程,延时充分;电渣过程,短而稳定;挤压过程,压力适当。接头焊毕,应停歇20-30s后才能卸下夹具,以免接头弯折。电渣压力焊虽然可在负温条件下进行,但当环境温度低于-20℃时,则不宜进行施焊。雨天、雪天不宜进行施焊,必须施焊时,应采取有效的遮蔽措施。焊后未冷却的接头,应避免碰到冰雪,以保证焊接接头的质量。

7结束语

竖向钢筋电渣压力焊是一种质量可靠的焊接技术,只要采取有效的质量控制措施,焊接质量完全可以控制,完全能满足规范的要求,经济效益和时间效益明显。

参考文献:

[1]北京土木建筑协会.钢筋工程现场施工处理方法与技巧[M].机械工业出版社,2008.

[2]侯君伟.钢筋工手册[M].中国建筑工业出版社,2006.