17 鋼筋焊接與機械連線
ⅰ 鋼筋焊接
由於種種原因，鋼筋焊接接頭的形成條件往往偏離正常狀態，致使鋼筋焊口或近縫區產生缺陷，影響接頭階效能。現就鋼筋焊接與機械連線施工質量通病及其防治措施分述如後。
17．1 鋼筋閃光對焊
17．1．1 未焊透
1．現象
焊口區域性區域未能相互結晶，焊合不良，按頭鐓粗變形量很小，擠出的金屬毛刺極不均勻，多集中了上口，並產生嚴重的脹開現象(圖17-1)；從斷口上可看到如同有氧化膜的粘合面存在(圖17-2)。
2．原因分析
(1) (1) 焊接工藝方法應用不當。比如，對斷面較大的鋼筋理應採取預熱閃光焊工藝施焊，但卻採用了
連續閃光焊工藝。
(2) (2) 焊接引數選擇不合適：特別是燒化留量太小，變壓器級數過高以及燒化速度太快等，造成焊件
端麵加熱不足，也不均勻，未能形成比較均勻的熔化金屬層，致使頂鍛過程生硬，焊合面不完整。
3．防治措施
1)適當限制連續閃光焊工藝的使用範圍。鋼筋對焊焊接工藝方法宜按下列規定選擇：
1)當鋼筋直徑≤25mm，鋼筋級別不大於ⅲ級，採用連續閃光焊；
2)當鋼筋直徑＞25mm，級別大於ⅲ級，且鋼筋端麵較平整，宜採用預熱閃光焊，須熱溫度約
1450℃左右，預熱頻率宜用2—4次/s；
3)當鋼筋端麵不平整，應採用「閃光—預熱—閃光焊」。
連續閃光焊所能焊接的鋼筋範圍，應根據焊機容量、鋼筋級別等具體情況而定，並應符合表17-1規定。
連續閃光焊焊接鋼筋的範圍表17-1
2)重視預熱作用，掌握預熱要領，力求擴大沿焊件縱向的加熱區域，減小溫度梯度。需要預熱時，宜採用電阻預熱法，其操作要領如下：第一，根據鋼筋級別採取相應的預熱方式。其工藝過程圖
解見圖17-3，隨著鋼筋級別的提高，預熱頻率應逐漸降低。預熱次數應為1～4次，每次預熱時間
應1．5～2s，間歇時間應為3～4s。第二，預熱壓緊力應不小於3mpa。當具有足夠的壓緊力時，焊件端面上的凸出處會逐漸被壓平，更多的部位則發生接觸，於是，沿焊件截面上的電流分布就
比較均勻，使加熱比較均勻。
(3) (3) 採取正常的燒化過程，使焊件獲得符合要求的溫度分布，盡可能平整的端麵，以及比較均勻的熔
化金屬層，為提高接頭質量創造良好的條件。具體作法是：第一，根據焊接工藝選擇燒化留量：
連續閃光時，燒化過程應較長，燒化留量應等於兩根鋼筋在斷料時切斷機刀口嚴重壓傷區段(包
括端麵的不平整度)，再加8mm。閃光—預熱—閃光焊時，應分一次燒化留量和二次燒化留量，一次燒化留量等於兩根鋼筋在斷料時切斷機刀口嚴重壓傷區段，二次燒化留量不應小於10mm，預熱閃光焊時的燒化留量不應小於10mm。第二，採取變化的燒化速度，保證燒化過程具有「慢一快一更快」的非線性加速度方式。
平均燒化速度一般
可取2mm/s。當鋼筋直徑大於25mm時，因沿焊件截面加熱的均衡性減慢，燒化速度應略微降低。
4)避免採用過高的變壓器級數施焊，以提高加熱效果。
17．1．2 氧化
1．現象
一種情況是焊口區域性區域為氧化膜所覆蓋，呈光滑面狀態(圖17-4)；另一種情況是焊口四周或大
片區域遭受強烈氧化，失去金屬光澤，呈發黑狀態(圖17-5)。
2．原因分析
(1) (1) 燒化過程太弱或不穩定，使液體金屬過梁的爆破頻率降低，產生的金屬蒸氣較少，從數量上和壓力上都不足以保護焊縫金屬免受氧化。
2)從燒化過程結束到頂鍛開始之間的過渡不夠急速，或有停頓，空氣侵入焊口。
3)頂鍛速度太慢或帶電頂鍛不足，焊口中熔化金屬冷卻，致使擠破和去除氧化膜發生困難。
(4)焊口遭受強烈氧化的原因，是由於頂鍛留量過大，頂鍛壓力不足，致使焊口封閉太慢或
根本未能真正密合之故。
3．防治措施
(1) (1) 確保燒化過程的連續性，並具有必要的強烈程度。作法是：第一，選擇合適的變壓器級數，使之有足夠的焊接電流，以利液體金屬過梁的爆破；第二，焊件瞬時的接近速度應相當於觸點
—過梁爆破所造成的焊件實際縮短的速度，即瞬時的燒化速度。燒化過程初期，因焊件處於
冷的狀態，觸點—過梁存在的時間較長，故燒化速度應慢一些。否則，同時存在的觸點數量增加，觸點將因電流密度降低而難以爆破，導致焊接電路的短路，發生不穩定的燒化過程。隨著加熱的
進行，燒化速度需逐漸加快，特別是緊接頂鍛前的燒化階段，則應採取盡可能快的燒化速度，以便產生足夠的金屬蒸氣，提高防止氧化的效果。
(2) (2) 頂鍛留量應為4～10mm，使其既能保證接頭處獲得不小於鋼筋截面的結合面積，又能有效地
排除焊口中的氧化物，純潔焊縫金屬。隨著鋼筋直徑的增大和級別的提高，頂鍛留量需相應增加，其中帶電頂鍛留量應等於或略大於三分之一，焊接ⅳ級鋼筋時，頂鍛留量宜增大30％，以利焊口的
良好封閉(參見表17-2、表17-3)。
連續閃光焊參數列17-2
閃光-預熱-閃光焊頂鍛留量表17-3
(3) (3) 採取在用力的情況下盡可能快的頂鍛速度。因為燒化過程一旦結束，防止氧化的白保護
作用隨即消失，空氣將立即侵入焊口。如果頂鍛速度很快，焊口閉合延續時間很短，就能夠免遭氧化；同時，頂鍛速度加快之後，也利於趁熱擠破和排除焊門中的氧化物。因此，頂鍛速度越快越好。
一般低碳鋼對焊時不得小於20～30mm/s。隨著鋼筋級別的提高，頂鍛速
度需相應增大。
4)保證接頭處具有適當的塑性變
形。因為接頭處的塑性變形特徵對於破
壞和去除氧化膜的效果起著巨大的影響，當焊件加熱，溫度分布比較適當，頂鍛
過程的塑性變形多集中於接頭區時(圖
17-6a)，有利於去除氧化物。反之，如
果加熱區過寬，變形量被分配到更
寬的區域時(圖17-6b)，接頭處的塑性變
形就會減小到不足以徹底去除氧化物的
程度。17．1．3 過熱
1．現象
從焊縫或近縫區斷口上可看到粗晶狀態(圖17-7)。
2．原因分析
1)預熱過分，焊口及其近縫區金屬強烈受熱。
2)預熱時接觸太輕，間歇時間太短，熱量過分集中於焊口。
(3)沿焊件縱向的加熱區域過寬，頂鍛留量偏小，頂鍛過程不足以使近縫區產生適當的塑性變形，未能將過熱金屬排除於焊口之外。
4)為了頂鍛省力，帶電頂鍛延續較長，或頂鍛不得法，致使金屬過熱。
3．防治措施
1)根據鋼筋級別、品種及規格等情況確定其預熱程度，並在生產中嚴加控制。為了便於掌握，宜採取預熱留量與預
熱次數相結合的辦法。預熱留量應為1～2mm，預熱次數為
1～4次，通過預熱留量，借助焊機上的標尺指標，準確控制
預熱起始時間；通過記數，可適時控制預熱的停止時間。
2)採取低頻預熱方式，適當控制預熱的接觸時間、間
歇時間以及壓緊力，使接頭處既能獲得較寬的低溫加熱區，改善接頭時效能，又不致產生大的過熱區。
(3)嚴格控制頂鍛時的溫度及留量。當預熱溫度偏高時，可加快整個燒化過程的速度，必要時可重新夾持鋼筋再次進行快速的燒化過程，同時需確保其
頂鍛留量，以便頂鍛過程能夠在有力的情況下完成。從而有效地排除掉過熱金屬。
(4)嚴格控制帶電頂鍛過程。在焊接斷面較大的鋼筋時，如因操作者體力不足，可增加助手協同
頂鍛，切忌採用延長帶電頂鍛過程的有害做法。
17．1．4 脆斷
1．現象
在低應力狀態下，接頭處發生無預兆的突然斷裂。脆斷可分為淬硬脆斷、過熱脆斷和燒傷脆
斷幾種情況。這裡著重闡述對接頭強度和塑性都有明顯影響的淬硬脆斷問題。其斷口以齊平、
晶粒很細為特徵(圖17-8)。
2．原因分析
1)焊接工藝方法不當，或焊接規範太強，致使溫度
梯度陡降，冷卻速度加快，因而產生淬硬缺陷。
2)對於某些焊接效能較差的鋼筋，焊後雖然採取了
熱處理措施，但因溫度過低，未能取得應有的效果。
3．防治措施
1)針對鋼筋的焊接性，採取相應的焊接工藝。通常
以碳當量(ceq)來估價鋼材的焊接性。碳當量與焊接性
的關係，因焊接方法而不同。就鋼筋閃光對焊來說，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」
鑑於我國的鋼筋狀況是，h級及以上都是低合金鋼筋，而且有的碳含量已達到中碳範圍，因此，應根據碳當量數值採取相應的焊接工藝。對於焊接性「有限制」的鋼筋，不論其直徑大小，均宜採取閃光—預熱—閃光焊；對於焊接性「差」的鋼筋，更要考慮預熱方式。一般說來，預熱頻率盡量低些為好，同時焊接規範應該弱一些，以利減緩焊接時的加熱速度和隨後的冷
卻速度，從而避免淬硬缺陷的發生。
2)正確控制熱處理程度。對於難焊的ef級鋼筋，焊後進行熱處理時：
第一，待接頭冷卻至正常溫度，將電極鉗口調至最大間距，重新夾緊；
第二，應採用最低的變壓器引數，進行脈衝式通熱加熱，每次脈衝迴圈，應包括通電時
間和間歇時間，並宜為3s；
第三，焊後熱處理溫度在750～850℃選擇，隨後在環境溫度下自然冷卻。
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