竖向钢筋电渣压力焊施工技术分析

张 峰

（中铁十四局集团第二工程有限公司，山东 泰安 271000）

随着我国城市化进程的不断推进，各类建筑工程大量建造，相关技术持续进步，钢筋连接技术也获得了长足的发展。当前在建筑施工现浇混凝土结构中各类竖向、斜向钢筋的连接或接长施工倾向于以竖向钢筋电渣压力焊技术取代传统搭接绑扎和手工电弧焊技术。与传统的搭接绑扎和手工电弧焊技术相比，竖向钢筋电渣压力焊技术既能够保障工程质量，又降低了成本与人力，有效提高了施工效率，优势明显。因此在工程应用中逐渐推广开来，为建筑工程施工技术带来革新发展。

1 竖向钢筋电渣压力焊的优势

1.1 焊接质量可靠

竖向钢筋电渣压力焊通过四个过程完成焊接：引弧、电弧、电渣、顶压。将竖向放置的两条钢筋进行对接，焊接电流通过两条钢筋的中央缝隙，在焊剂层下形成电弧与电渣，产生电弧热与电阻热，熔融钢筋，再加压将钢筋熔融位置压成整体。从焊接原理上来讲，竖向钢筋电渣压力焊的焊接质量是极为可靠的。

1.2 利于钢筋保护

竖向钢筋电渣压力焊适于混凝土施工，钢筋接头位置可以得到混凝土的充分保护。钢筋混凝土工程中，钢筋焊接的质量会影响后续工程质量，对模板和混凝土施工质量影响较大。采用手工电弧焊焊接时，无论是将接头搭接还是绑扎，接头处钢筋重叠还是预弯，接头处的混凝土保护层都很难达到规范的厚度要求。因保护层厚度不足，导致钢筋接头易在混凝土碳化后暴露于空气中，提前锈蚀，成为工程质量隐患。而竖向钢筋电渣压力焊能够解决这一问题。接头处钢筋交叠较少，无变形，基本上处于同一轴线垂直状态，接头位置也很光滑。混凝土厚度与其他位置相差无几，不会形成薄弱点，减少安全隐患，提高了整个钢筋混凝土结构的质量。

1.3 提高效率、降低成本

竖向钢筋电渣压力焊的技术成果能够节省大量资源。可以节约钢材，带来良好的经济效益。经过焊接实验表明，将φ20 的钢接头焊接起来，与一般的手工电弧焊接头相对比，电弧焊技术完成单个接头需10 min 左右，而采用同样功率的电焊机以电渣压力焊完成单个接头耗时仅为15 s 左右，并且耗电量为电弧焊的1/8。竖向钢筋电渣压力焊每焊接1000个接头可节省钢材500 kg。因焊接速度较快，施工进度大大提前。常规情况下，由两位焊工带两位辅助工人施工，每天工作可完成钢筋接头150 个。施工条件得以改善，工人劳动强度大大降低。这一技术不仅有利于工程施工，也有利于环境保护，提高了建筑施工钢筋连接的水平，提高钢筋混凝土施工质量，获得良好的社会效益和经济效益，值得全面推广。

2 竖向钢筋电渣压力焊的工艺过程

2.1 基本原理

竖向钢筋电渣压力焊是借助竖向钢筋的端头之间产生的电弧，熔化焊剂，在2 000 ℃以上的高温下，获得熔渣，将端头均匀熔化，再进行挤压，最终形成焊接头。接通焊机电路后，在被焊钢筋的端头产生了电弧，周围焊剂与端头一起熔化，形成渣池，温度在2 000 ℃左右，此时把上部的钢筋向下与下部钢筋接触，上下钢筋端部熔化位置形成热塑性状态，再让上部钢筋迅速下落挤压渣池，让熔渣和液态金属形成接头，出现一圈略有突出的、光亮的焊包。

2.2 焊接设备

竖向钢筋电渣压力焊设备包含：焊接机头、焊接电流、电控箱和焊剂补充盒。

（1）焊接电源。竖向钢筋电渣压力焊电源多为交流弧焊机，焊机容量根据钢筋直径来选择。一台焊接电源可以让多个焊接机头交替使用，电缆和机头以插接式方法相连接，获得更高的施工效率。空载电压须超过75 V，以便焊机引弧。

（2）焊接夹具。由以下装置组成：变速齿轮箱、手柄、升降螺杆、夹具、紧固装置、双导柱等。夹具可沿着双导柱滑动，利用升降螺杆的螺母自锁定夹紧钢筋定位。夹具的定位精度很高，卡住钢筋之后不用调整上下钢筋对重。焊接接头利用梯形螺纹传动与单柱导向，也取得了较好的效果。焊接头可以采用手动控制，也可以自动控制。

（3）控制箱。通过电渣压力焊接操作，控制弧焊电源的通断。控制箱面板上集成了电源开关、电压表、信号灯、电铃等设备，部分控制箱刻制焊接参数表供操作人员参考。

2.3 焊接材料

竖向钢筋电渣压力焊常用焊剂为HJ431，可直流、交流使用，锰、硅含量较高，含氟较少，适用于焊接低碳钢钢筋或者低合金钢钢筋，与之性能类似的焊剂还有HJ350、HJ430、HJ433 等。

2.4 焊接流程

（1）竖向钢筋固定。接好焊机的二次电缆线与控制电缆线，确保焊机处于正常状态下。根据焊接的钢筋直径调整好焊机电流。控制到所需数值后，安装焊接夹具，用夹具夹紧钢筋。固定下方钢筋，夹具下钳口夹好下方钢筋。下方钢筋的端头伸出钳口8 cm，上钳口调整到距离交接位置1.5 cm 处，把上方钢筋夹在钳口上，调准动夹头起始位置，让上下钢筋的中心轴对准，焊接位置处于同轴状态，夹紧钢筋。（2）焊剂盒安装。焊剂须事先烘烤2 h，保证在焊接过程中可快速熔融操作。安装焊剂盒地步承台，缠上石棉绳，装好焊剂盒，在焊剂盒内装满焊剂。安装焊剂盒过程中，焊接口要处于焊剂盒中间，石棉绳缠绕要紧密严实，避免出现焊剂泄露问题。焊机补充盒位置，盒为圆形，两个半圆铁皮组合而成，内径在100 mm 左右，与焊接钢筋直径匹配。焊剂盒要和焊接机头分开。焊接完成后，拆下焊接机头，待焊接头保温后再拆下焊剂盒。如果是环境温度比较低的情况下，保温可以避免钢筋接头位置发生冷淬。焊剂选择多选用HJ431 型，可隔绝空气并保温，能够稳定电弧，补充熔渣，完成脱氧和添加元素，让焊缝金属合金化。（3）开始焊接。焊钳要加载施焊的钢筋上。接通焊机电源。钢筋端头打火之后，把上方钢筋先提高3 mm 左右，在下方钢筋端头上引燃电弧，电弧周围的焊剂可提高3 mm 左右，上下钢筋表面引燃电弧，电弧周围会熔化形成两个小孔洞。控制焊剂电压，让电压稳定在35～45 V 区间。焊剂持续熔化形成足够深度的渣池，让钢筋熔化。上方钢筋向下移动。此时保持电弧电压在22～27 V 区间内。竖向钢筋电渣压力焊的焊接参数设置如表1 所示。

（4）端面相接。时刻观察仪表上的指示灯。指示灯熄灭时，迅速摇丝杆手柄将上部钢筋送下。钢筋和夹具的自重就可以让上部钢筋下落，稍微用力即可以满足上部钢筋下压的压力要求。顶压未完成后不要马上松开夹具，要稳定持杆8 s 左右，待焊接缝完全凝固之后再松手，避免出现焊缝凝固之前夹具回弹导致焊缝开裂的问题。（5）完成焊接。保温25 s 左右，打开焊剂盒，去除焊剂。拆除焊剂盒、夹具和石棉绳。将焊渣壳去除，露出光滑的焊接接口，完成单个端面焊接。及时对接头进行外观检查，对于有问题的接头，要马上切除重新焊接。

3 电渣压力焊易产生问题及控制措施

3.1 焊剂选择

购买焊剂应选定合格厂家，焊剂带有合格证，重点物化性能检验报告，方可进入施工现场。了解焊剂说明，按需求编号存档，作为焊剂质量保障留存材料。竖向钢筋电渣压力焊使用的焊剂要确保干燥，才能发挥其性能。焊剂在使用前要烘烤，施工中未烧结的焊剂可以在清除杂质后与新焊剂混合使用。散落在地面的焊剂因为外观变化，很容易受潮，也应烘烤后使用。对于没有烘干的，含水量过高的或者出厂较久的焊剂，均不可使用。

3.2 避免焊包不均匀

钢筋端头的焊接位置应保持平整，如果端头过于倾斜或者毛槎过大，都会导致熔融量不足。顶压过程中，熔化的金属在接头四周分布开来，如果钢筋端头不平，熔融金属的分布就会不均匀；用钢丝球引弧时，钢丝球的摆放也会偏斜。回收焊剂的杂物要完全清除，焊剂保持干燥，焊剂装填确保均匀不泄露。上接钢筋保持与地面垂直，不能摇摇晃晃或者偏斜。

3.3 防止钢筋偏心

焊接过程中，钢筋端部要上下同轴，保持顺直。夹具调整完成后，夹紧上下钢筋，钢筋中心轴不能偏移。焊接后要保持一定时间才能放松夹具，不能马上放松，否则焊接头部分还处于高温，未冷却凝固，钢筋容易倾斜偏移。

（1）防止咬边。如果出现咬边问题，一般为过操作所致。在焊接过程中，将钢筋端部顺直后，可以适当缩短焊接时间，及时停止焊接，此时适当加大上部钢筋下压的力度，能够避免咬边的问题出现。

（2）防止气孔未焊合。首先，使用的焊剂必须干燥，在焊接过程中不能有水汽进入焊接点，否则大量气体融入到渣池中，会导致焊接位置出现气孔。在焊接之前，先清除钢筋端头的铁锈，延长焊接时间或者加大焊接电流。调整好其中一个或几个参数，可以确保焊接点无气孔。每个施工现场基本存在的问题类似。在出现一个气孔问题后马上进行焊机参数调整，后续可减少气孔问题。

（3）防止焊接接头断裂。不仅要防止焊剂中的水分，同样要防止环境中的水分。禁止在雨天或者湿度过高的天气进行焊接施工。楼板混凝土养护用水不要淋到刚焊接完毕的钢筋接头位置上。部分焊接接头问题出现也在于焊接之前未能检查接口情况，接口存在杂质或者形状怪异，都会导致熔融不完全，焊剂敷设不均匀，带来质量隐患。

（4）虚焊成型不良问题的改善。虚焊问题的出现一般是由于操作不到位导致的。如果发现存在虚焊，须调整焊机数据，增大电流，增加焊接时间，去除钢筋表面的铁锈、油污、杂质、水汽等。

（5）获取试件。焊接完成后的接头要按照检验批次进行质检验收。质量检验标准包括外观和性能检验。性能检验主要是检验其力学性能，在接头外观检查完毕后，现场随机选取试件检验其力学性能。外观和力学性能检验合格后才能进行后续施工。

根据以上施工易出现的问题，对竖向钢筋电渣压力焊的质量可靠性展开实验。技术人员分别用不同钢种和不同直径的钢筋进行了试验焊接。一方面强化操作技能，一方面检查该技术的效能。继续在现场进行实地验证，施工焊接完成后的接头位置表明，钢筋接头的受力情况和设计计算中的理论值非常接近。并且手工电弧焊接头位置总是出现钢筋的轴线向不同方向偏离的问题，即使预处理后的接头也会出现搭接不标准的情况。竖向钢筋电渣压力焊的接头可以通过夹具轻松保持上下钢筋同轴线，接头的质量也非常安全牢固，竖向钢筋电渣压力焊的试件质量与施工地点现场的接头质量可保持一致。并且焊接过程中，设备稳定，不会出现虚焊假焊，坑坑洼洼等问题。焊接完成后的钢筋受力状态稳定，焊接位置力学性能接近理论计算值。在高层建筑施工过程中，可推广该焊接技术。

4 电渣压力焊焊接施工安全保障措施

焊接施工人员须经过专业培训，在现场完成技术交底，配备焊接专用的劳动保护产品，包括绝缘鞋和手套等，保持全身服装用具干燥，避免出现触电事故。在潮湿的位置作业，要在脚下垫干燥的绝缘物品隔绝潮湿，如干燥的木板、橡胶板等。高温天气下的焊接施工，在现场要做好防暑降温工作，避免长时间在阳光下工作造成身体损伤。焊接设备的电源、控制器等各种设备的外壳都必须固定接好接地线或者零线，露天放置的焊剂必须用防雨布遮盖。电源、电缆、控制电缆的联结要多次检查，确保联结正确。焊接电缆上要有绝缘措施，绝缘设备完整。对于绝缘性能不良的电缆，绝缘设施有破损的电缆，必须禁止使用。电源线的截面积必须大于25 mm2。二次线上电压压降小于4 V。用于竖向钢筋电渣压力焊操作的工作台，脚手架必须确保牢固可靠，适宜操作，保证施工人员安全。完成施工后，施工人员保管好焊机、电源箱、电缆等物品，避免设备丢失、损坏。检查是否存在安全隐患。

5 结语

综上所述，竖向钢筋电渣压力焊的优势明显，操作简单，节省资源，具备良好的实用性，在建筑工程中的使用逐渐广泛起来。根据部分工程的测算，竖向钢筋电渣压力焊能够为1 000 个接头的焊接需求节省将近20 000 元费用，可见该技术的综合效益良好。特别是在当前高层框架结构建筑越来越多的条件下，竖向钢筋电渣压力焊技术值得大力推行，广泛应用，发挥效能，为企业带来更多的经济效益和社会效益。