预埋件钢筋埋弧螺柱焊及其应用
黄贤聪戴为志”，费新华”，李本端”，吴成材”郑奶谷
（1.成都斯达特焊接研究所，四川成都610051;2.北京城建精工国家体育场项目部，北京100000; 3.宝钢钢构有限公司，上海200000;4.中国水利水电十二工程同有限公司，浙江杭州310014;5.陕西省建筑科学研究院，陕西西安710082;6.宁波市富隆焊接设备科技有限公司浙江宁波315000)
[摘要】介绍了预埋件钢筋埋弧螺柱焊，它是将螺柱焊与埋弧焊很好结合经试验研究面发明的一种新技术.其基本原理是采用螺柱焊焊枪将钢筋夹紧顶压在钢板上，利用螺柱焊机输出强电流缩化钢筋和钢板在焊剂层下形成熔池加压完成一种压焊接头.还介绍了该项技术在北京国家体育场和上海世博园工程中的成功应用.
[中图分类号】TU758.162 【文献标识码]A
[文章编号 ]1002-8498(2010) 10-0099-03
SubmergedArc StudWelding ofReinforcingSteelBar atPrefabricated Components and Its Application in Construction Engineering
en buuzouu nM'uenpugenuux ezeM eabuouix buen( 1. Chengdu Stad Welding Reseorch Instirate Chengds Sichaen 610051 China;2. Bejing Chenjia Jinggong Nazionel Spors Field Constraetion Engineering Dirision Berjing100o0o China;4. The 12ah Comstruction Enginring Bareas Ca. Lad. of Chn Weter Conenuncy and Water-elerieity Deperment 3. Boogeng Steel Seructure Co. Shonghai 200000 Chine;Hangzhou Zhgjing 310014 Chin; 5. Shnxi Bsilding Scienzjic Reerch Institte Xi an Sheaxi 710082 Chine;
6. Ningbo Fudlong Welding Equipmene Seierijic Technolg Co. Lad. Ningbo Zhejeng 315000 China)
Abstraet: In this paper the authors introduce the submerged arc stud welding of reinforcing steel bar atprefabricated ponents which is a proper bination of stud welding with submerged arc welding andobtains a new inventive technology through many tests and research. The basic principle of this is thatgriping the reinforcing steel bar with pistol of stud welding machine and pressing it at a steel plate then through the strong welding current from stud welding machine and forming a melting pool under slaglayer. At last a god pressed welding joint under some pressure is obtained. Its successul application inNational Stadium and in Expo 2010 Shanghai are also introduced.
Key words: prefabricated ponents; reinforcing steel bar; submerged are stud welding; application
馆、演艺馆工程均取得成功
根据国家重点工程建筑的需要，笔者将螺柱焊与接时间使钢筋端部插入熔池断电停歇数秒钟，去掉埋弧焊结合，发明了埋弧螺柱焊新技术，经过试验研渣壳露出光泽焊包焊接结束.该焊接工艺过程：套究先后应用于北京国家体育场工程、上海世博园中国上焊剂盒顶紧钢筋注满焊剂（见图1a）→接通电源，钢筋上提引燃电弧（见图1b）→燃弧（见图1e)一钢 筋插入熔池，自动断电（见图1d）打掉渣壳，焊接完成（见图1e).
1预埋件钢筋埋弧螺柱焊基本原理
预埋件钢筋埋弧螺柱焊的基本原理是，采用螺柱焊焊枪的夹头将钢筋夹紧垂直顶压在钢板上注满焊剂利用螺柱焊主机输出强电流通过钢筋与钢板接触点的瞬间上提钢筋引燃电弧，经短时燃烧，融化钢筋 端部和钢板表面形成熔池按照设置的焊接电流和焊
2焊接设备
图1预埋件钢筋埋弧螺柱焊工艺过程
welding of reinforcing steel bar at prefabricated ponents Fig. 1 Technological process for submerged are stud
1)焊接电源有晶闸管控制瞬间输出大电流的直流电源具有下降外特性，设定焊接电流连续可调.
2）控制器 可以是分立器件集成电路或微电脑焊接通电时间. 组成控制整机程序、焊接质量、故障诊断和处理，设定
3）主机 焊接电源通常与控制器合并为一体称为主机.
4)焊枪 夹持钢筋焊点定位，钢筋提升或插入，设定钢筋提升高度和伸出长度.
5）附件 焊接电缆、接地钳和电缆、控制电缆、焊剂盒等.
常用焊机主要性能指标如表1所示.
submerged arc stud welding machine
Table 1 The main property indexes of
额定焊接 负载 负载 焊接 筋直径/ 焊接钢产品型号 电流/A 电压/持续率/时间/ % mmRSM3-2500( C) RSM3-3150( C) 2 500 3 150 44 44 15 ≤15 0 ~8 0~8 16-32 10 ~22
预埋件钢筋埋弧螺柱焊示意如图2所示.
预埋件钢筋埋弧螺柱焊机主要用于大直径钢筋的T形接头焊接.因为钢筋的圆周表面凹凸不平，使用瓷环保护效果不佳通过对瓷环保护的钢筋焊接试件 的金相检查发现焊缝内有气孔这无疑降低了焊接接头的力学性能而用埋弧螺柱焊焊接的接头焊缝内无气孔、夹渣、裂纹等缺陷这说明埋弧螺柱焊是钢筋T
Fig. 2 Sketeh map for submerged are stud welding of reinforcing steel bar at prefabricated ponents
图2预埋件钢筋埋弧螺柱焊示意
形接头的理想焊接方法.
3预埋件钢筋埋弧螺柱焊的试验研究
3.1 预埋件结构
国家体育场工程需要焊接一批“柱脚板和支撑搭架”预埋件.预埋件的焊接结构分两类如图3a3b所 示其中对锚筋和锚板的要求如下：①错筋Φ20，HRB400;②内错板 （厚×长×宽）20mm×80mm×80mmQ345B;③外锚板 （厚×长×宽）30mm×500mm × 500mm 30mm × 540mm × 860mm Q345B.
Fig. 3 Prefabricated ponents for 图3钢筋T形焊的预埋件结构T-type welding of reinforcing steel bar
对于图3a所示结构，先把锚筋焊接在内锚板上，然后再将错筋的另一端按规定的间隔分别焊接30mm板上焊缝的力学性能应不小于母材焊后锚筋的倾 × 500mm × 500mm 和 30mm × 540mm × 860mm 的外锚斜度应<1°. Table 2The technological test for T-type welding of reinforcing steel bar 表2钢筋T形焊工艺试验 焊接电流/ 焊接时间/ 提升高度/ 铜筋长度/mm 焊捷成型（格） 格 焊 焊后 塔化 高度/mm 直径/ 包熔情况3.5 3.5 5 5 3 4 321 337 316 331 5 6 10.5 7.5 27 29 360°连续 360°连续3.5 5 4 331 324 7 7.0 27 360°连续 360°连续3.5 3.5 5 5 3 4 310 235 303 228 7 7 6.0 7.0 28 27 360°连续3.5 3.5 5 5 4 4 278 326 271 61 7 7 9.0 6.0 27 27 360°连续 360°连续3.5 5 4 246 238 8 8.0 27 360°连续 度350℃时间120min. 个.螺柱焊机型号RSM2500焊剂牌号SJ101，烘干温 3.2焊接工艺试验 试验条件如下：①焊机RSM-2500;②锚筋Φ20 HRB400;③钢板12mm厚，Q345B;④焊剂HJ431.试验结果如表2所示. 2)SJ10I焊剂性能该焊剂是氟碱型烧结焊剂，是一种碱性焊剂，为灰色圆形颗粒碱度值1.8，粒度流焊时钢筋（焊丝）接正极，电弧燃烧稳定脱渣容易， 为2.0~0.28mm（10~60目）.可交流、直流两用，直焊缝成型美观，焊缝金属具有较高的低温冲击韧度，该焊剂具有较好的抗吸潮性 3.3接头外观（见图4） 刻度2格，钢筋提升高度3~3.5mm，伸出长度9~ 3）焊接工艺参数焊接电流1800A焊接时间指示10mm. 4）金相试验宏观照片如图5a所示从图中观察未发现焊接缺陷-焊缝显微组织照片如图5b所示. 该区大多为粒状贝氏体和针状铁素体交叉混合分布，还有部分方向性分布的粒状贝氏体和少量侧板条贝氏体，体中岛状相和侧板条贝氏体多数已分解. Fig. 4 Appearance for T-type welding 图4铜筋T形焊接头外观joints of reinforeing steel bar 3.4接头力学性能试验 焊接5个试件送西南交通大学，按美国ANSI/侧均用埋弧螺柱焊，而5号试件钢板的一侧用埋弧螺 AWSD1.1-98标准进行检验.12号试件在钢板的两柱焊另一侧则用瓷环保护的电弧螺柱焊，这3个试件做拉伸试验：3A号试件做弯曲试验-检验结果：12，3A号试件全部合格如表3所示、5号试件做拉伸试 验时用电弧螺柱焊焊接的钢筋在焊接部位断裂焊接区域内还有气孔. 图5金相试验Fig. 5 Metallographic test 万多接头全部按此焊接工艺进行指导焊接施工过程 5）焊接接头质量国家体育场有568个预埋件4中对T形接头进行抽检40多件，全部试验合格.国家体育场钢结构柱每根柱重量达700多：没有发生因预埋件焊接质量而引起柱安装变形的质量问题 表3埋弧螺柱焊焊接质量的检验结果Table 3 The quality inspection result of submerged are stud welding 试 公称 焊缝外现检查 弯曲30°试验 拉伸试验件 编 直径/ 焊脚包箔有无气 焊脚有 抗拉强 断裂部位1 号 m 20 360°良好 情况 孔裂线 无 无裂纹 度/MPs 525 铜筋2 3 20 20 360°良好 360“良好 无 无 无 552 捐筋4 20 20 360°良好 360°良好有气孔 无 无 402 焊缝5 4.2世博园工程 1）基本情况该焊接技术在上海世博中国馆、上海世博演艺中心工程中应用.钢筋牌号HRB400，直径25mm和28mm，长900mm;钢板牌号Q345B;厚度≥ 30mm尺寸800mm×1100mm预理件总数50个每个预埋件钢筋接头数60个-焊机型号为RSM5-3150;焊剂牌号为SJ101烘干温度为350℃时间120min. 检验结果可以看出：①用埋弧螺柱焊的焊接方法，对钢筋进行的T形焊，其焊缝外观和力学性能均达到了有关标准的规定；②新研制的RSM-2500埋弧螺柱焊机的性能稳定，可以应用到预埋件钢筋的焊接生产. 升高度7mm伸出长度11mm. 2）焊接参数焊接电流为1300A焊接时间6s提 3）接头外现质量检查符合钢筋焊接及验收规程3JGJ18-2003中第5.7节要求. 4工程实例 4.1北京国家体育场工程 4)接头力学性能检验拉伸试验结果，断裂于钢筋母材：抗拉强度为550~610MPa合格. 1)基本情况钢筋采用HRB400，直径20mm，长80mm预理件总数568个，每一预埋件钢筋接头数8 （下转第107页） 4.6质量标准 5结语 头距作业面距离<500mm. 5）流水段划分喷涂施工先从屋顶内环开始根据每块屋顶压型钢板面积将屋顶内环分成3个施工段将 外环分成6个施工段.每个施工段喷涂作业应控制在4~5层成型，10d内完成聚氨酯硬泡体的施工. 6）喷涂作业喷涂施工前应先通压缩空气，再启可正式喷涂作业，第1层施工应沿屋面压型钢板的纵 动料泵开始时的物料应放算待料液配合比正常后方向喷1层PUR厚度为5~8mm作为PUR互对面基层的温差接应，同时给第2层PUR提供相容性的基层，以保证第2层PUR发泡均匀、第2~4层施工喷涂施工方向与前一层相互垂直，要求喷涂厚度达25~ 30mm，用探针抽测.最后喷涂一层，厚度为10~15mm同时填补探针针刺的孔眼.喷涂作业应随时检查发泡质量发现问题立即停机查明原因并纠正故障后方能重新作业. 7）彩砂面层施工喷涂完成后的24h内，聚氨酯硬泡体上严禁人行走或受压.待喷涂24h后，在聚氨酯硬泡体上刷专用彩砂黏结底胶人工均匀撒布彩秒. 1)原材料检验由于刚果国家实验室不具备做聚氨酯硬泡体材料性能检测因此在合同签订后用购买的材料在国内制作500mm×500mm×40mm试块送国家建筑工程质量监督检验中心进行检验，试块检测合格后材料才允许运往刚果. 2）现场检验①现场施工时聚氨酯硬泡体防水保温层应按配合比准确计量发泡厚度均匀一致厚度允许偏差：10%，-5%：②聚氨酯硬泡体防水保温层不应有渗漏、起鼓和断裂等现象，表面应平整，最大喷涂 波纹应<5mm. 1)聚氨酯硬泡体防水保温材料尺寸稳定，具有良好的保温隔热性、防水性和很强的黏结性，适合各类屋 面使用特别是大型复杂屋面，可现场喷涂，一次成型，整体性好具有其他保温材料无法比拟的优点同时成为防水层的有力补充. 2）影响施工质量因素多，施工中需严格控制防水保温层的原料配合比、厚度、密度、导热系数、强度、吸 水率等. 3）聚氨酯硬泡体防水保温层施工简便周期短. 4）施工成本高40mm厚聚氨酯防水保温层造价为266元/m”不适于普通房屋屋面施工使用. 刚果（布）外交部礼堂钢屋面防水（保温）维修工 参考文献： （上接第101页） 5结语 参考文献： 整至0.3MPa.开喷前应将设备空运转3-5min，喷枪程赶在雨季到来之前完成后在屋面进行淋水试验，质的工作半径为1.5m，喷枪倾斜角度为45°-90°，喷枪量安全符合技术要求，为下一步室内装修工程按时开展工作提供了时间和质量保证.经过3年的考验，该维修工程达到技术要求. 施工技术，2007 36(5)inselation layers with sprey polyurthase feem on the rosf [J ] [1]常系，罗贯标，屋面聚氨酯硬泡体防水保温层的应用[]]Chsng Ym Lao Xianbia. Application of vaerpeoingComstructisn Technslogy 2007 36( 5) . ( in Chinese)[2]王亮.喷涂硬泡聚氨醒在屋面防水工程中的应用[1]施工技 2010 39(2) .Wang Liang Application and analysis of polyurethane spray foemim roef vaterpeoo engineering [J ] Coestrutioo Techsolegr 2010 39( 2) . ( in Chinee)[3]方一平李来泉、单组分语青基聚氢酯防水涂料的研究及应用[]施工技术，200433（4）. Fang Yiping L Laiqua. The research and application of tbe singleingmient aphat-bar pelyunth walefing cmting matrial[ ] Conetruetion Terhmlgy 2004 33( 4) ( in Chin) 焊具有对熔池和焊缝的有效保护具有冶金反应充分， 科学研究和生产实践表明预理件钢筋理弧螺柱熔深大焊缝强度高接头质量可靠生产效率高缩短工期降低成本等优点，已经列入正在修订中的行业标准钢筋焊接及验收规程》JGJ18（送审稿），值得进一 步推广应用有良好的发展前景. [1]姜焕中.电弧焊及电渣焊[M].北京：机械工业出版社1988. Jing Huazhong. Electric ar weling & elretmslag welding[M ] Brijing: China Machie Pme J988. ( in Chinee] [2]张文械.金属熔焊原理及工艺（下册)[M]北京：机械工业Zhang Wenyue. Principlex of metal moltes weling & technique 出版社 1980.[3]张瑞昌，黄资聪.螺柱焊机及其焊接工艺的研究（下）[J]机 [M ]. Brijng;: Chin Machine Pre 1980. { in Chinese) 械工人200411).Zhang Ruichang Huang Xiancng Rarch on stedy welding machine and ax welding terhnolgy [J ] Mechanical Worker 2004 { 11) - { in Chinese)[4]中国机械工程学会焊接分会焊接词典（3版)[M].北京：机Chine Mrchaniral Engineering Socirty. Welding dictionary 械工业出版社 2008.(3rd edl.) [M ] Bejing: China Machine Pres 2008. ( in Chinese)[5]祝年.焊接工程都手册[M]北京：机械工业出版社2002.Chen Zhenian. Handbook of welding engineers [M ]. Beijing: Chine Marhine Press 2002. ( in Chinese)
