预制混凝土构件生产与应用技术：钢筋网片及骨架成型

（一）点焊

点焊成型的网片和骨架的整体刚度及接合质量均较好，成型时钢筋位置易于保证，适用于流水作业，可提高机械化水平。但点焊不适用于大型和复杂的骨架。

1.点焊工作原理

将已除锈的两根钢筋叠合在一起，压紧在两个电极之间，并通过强大电流，使钢筋接触点的局部由于电阻热加热而迅速达到熔融状态，形成熔核。当周围金属达到塑性状态时，在压力下切断电流，熔核冷却凝成焊点，至此两根钢筋已连成一体。点焊过程可分为预压阶段、电流闭合阶段和持续加压与冷却阶段。

2.点焊参数

为了保证点焊质量，必须正确选择焊接制度。焊接制度的主要焊接参数包括焊接电流、通电时间、电极压力和电极接触表面的直径。

（1）焊接电流

点焊时电极通过钢筋的电流称为焊接电流。焊接电流主要取决于钢筋直径和通电时间。按照电流大小和通电时间长短，焊接制度可分为电流密度大（120～360 A/mm2）、焊接时间短（＜0.5 s）的强制度（又称硬制度）和电流密度小（80～120 A/mm2）、焊接时间长（0.5 s至数秒）的弱制度（又称软制度）。点焊含碳量在0.2%以内的钢筋时，两种制度均可采用。对于可焊性较差的钢筋采用弱制度。对于冷拔钢丝，必须采用强制度，否则冷加工钢筋在一定温度下，经过一定时间，将产生恢复或再结晶现象，使结晶组织及力学性能恢复原态。采用强制度焊接的冷加工钢筋强度的降低（由于退火）不大于4%～7%，这是完全允许的。应注意，高强钢丝不宜采用焊接工艺。

（2）通电时间

根据焦耳-楞次定律Q=0.24I2t，点焊时的发热量与电流强度的平方成正比，而与时间成直线比例关系。一般在保证焊点强度的条件下，尽量提高电流强度，缩短时间。时间过长，热量过多，焊件压陷过大或熔核溢出，会导致焊点强度降低；但时间过短，焊点质量也欠佳。焊接时间长短取决于点焊钢筋直径、钢筋品种及表面特性。

（3）电极压力

点焊时，在一定的电流强度及通电时间的条件下，还要有适当的电极压力。电极压力既影响着接触电阻的大小，又决定着焊点的变形程度。

（4）电极接触表面的直径

点焊机的电极一般为合金圆柱体，为了保证点焊质量，不使焊点在焊接过程中变形太大，当钢筋直径为3～10 mm时，电极接触表面的直径可选用20 mm；当钢筋直径为10～20 mm时，电极接触表面直径可选用40 mm。

3.常用点焊机

常用的点焊机有单头和多头点焊机，还有悬挂式点焊机。单头点焊机有踏脚传动式、电动凸轮式和气压传动式三种。点焊机的选型主要根据焊接钢筋的直径、网片的宽度及电源、压缩空气的供应情况来确定。点焊机的功率可根据焊接钢筋的直径进行选择，若焊接钢筋的直径不同，则根据小钢筋的直径确定。

点焊机的臂长决定钢筋网可能的最大宽度，最大宽度为焊机臂长的两倍加上当中两极钢筋的间距；当钢筋网纵向筋为单数时，其允许最大点焊宽度为两倍臂长。

4.工艺布置

在工艺上，要求点焊机两侧操作面积根据最大焊件尺寸布置，必要时，应考虑钢筋网片焊完一半后转动过去焊另一半的可能。当焊接大量网片时，应避免将钢筋模架旋转180°，宜选用两台点焊机进行点焊。当在一条作业线上对面交错连续布置两台点焊机时，两台点焊机顺作业线方向间距等于被焊件长度的两倍。

对于定型网片可组织自动化生产线，采用多头点焊机。多头点焊机包括钢筋调直、网片自动点焊及切割等几个主要工序，其生产量较大，适合大型厂生产定型产品，还可用弯网机把钢筋网片弯成一定的形状。

（二）对焊（平面焊）

对焊是钢筋接头焊接中成本低、质量好、效率较高的一种焊接方法。对焊适用于接长Ⅰ—Ⅳ级钢筋。预应力钢筋接长广泛采用对焊。

图3.10　钢筋对焊原理图

1—钢筋；2—固定电极；3—可动电极； 4—机座；5—焊接变压器。

对焊的原理见图3.10。它是利用对焊机使两段钢筋接触，通过低电压的强电流，当钢筋加热到一定程度后加压焊接。

常用对焊机有手动UNl-25，UNl-75，UNl-100及自动UN2-100，UN2-150等型号。最常用的是UNl-75型杠杆传动式手工对焊机。其主要技术性能是：额定功率为75 k W；可焊钢筋最大直径为36 mm；每小时可焊接接头30～50个；全机重量为445 kg。

钢筋对焊分闪光焊和电阻焊两种工艺。电阻焊要求钢筋端面研磨平整，对焊机功率大，消耗电能多，只能焊接小截面钢筋，采用较少。而闪光焊对钢筋端面要求不严格，可免去磨平工序；由于在闪光时接触面积小，热量集中，加热迅速，所以热影响区小，接头质量好；又因采用预热方法，能以较小功率焊接较大截面的钢筋，所以闪光焊应用较普遍。

闪光对焊主要包括三种操作工艺：

（1）连续闪光焊

即将钢筋夹入内有循环冷却水的铜电极，先闭合电源，使钢筋两端移近相触，其接触点很快熔化，形成“金属过梁”。过梁进一步加热，产生金属蒸汽飞溅，这个现象即称作闪光。随着接头不断移近接触，闪光连续发生而产生烧化，直至白热熔化时，加力迅速进行顶锻，再无电顶锻到一定长度，对焊接头即告完成。连续闪光焊适合焊接直径在25 mm以下的钢筋。

（2）预热闪光焊

即在连续闪光焊前，增加一个钢筋预热过程，使两根钢筋端面交替接触和分开，扩大焊接的热影响区，然后再进行闪光和顶锻。预热闪光焊适合焊接直径大于25 mm且端面较平整的钢筋。

（3）闪光预热闪光焊

即在预热闪光焊前再增加一次闪光过程，先闪平不平整的钢筋端面，并将钢筋预热均匀。这种方法比较适合焊接直径大于25 mm且端面不够平整的钢筋。闪光预热闪光焊是以上三种中最常用的一种。

在Ⅳ级钢筋中，44Mn2Si和45MnSiv钢筋，由于淬硬倾向大，焊后还需进行通电热处理，以改善接头金属组织和塑性。

焊接质量与焊接参数（调伸长度、闪光留量、预热留量、顶锻留量、焊接变压器级数）有关。这些参数相互依存，相互影响，要对焊好钢筋必须正确选择和掌握这些参数。图3.11所示为调伸长度及留量图解。表3.16为采用UNl-75型对焊机闪光预热闪光焊Ⅰ—Ⅲ级钢筋时的焊接参数表。其中，调伸长度是指钢筋焊接前两钢筋端部从电极钳口伸出的长度，一般Ⅰ级钢筋为0.75d，Ⅱ、Ⅲ级钢筋为0.75～1.0d，Ⅳ级钢筋为1.25d；闪光、预热、顶锻留量是指钢筋在闪光、预热、顶锻时所消耗的长度；焊接变压器级数是用以调节通过钢筋端部的焊接电流，如焊接钢筋的直径大，选择变压器级数就要高。

对焊合格的接头表面不应有裂纹和明显烧伤，应有适当镦粗，毛刺均匀，焊接轴线偏位不应大于0.1d，也不应大于2 mm，偏斜不大于4°。抗拉应符合规范规定，冷弯（包括：正弯——将上口毛刺多的一面作冷弯圆弧外侧，反弯——将上口毛刺多的一面作冷弯圆弧内侧）不应在焊缝处或热影响区断裂，否则，不论强度多高均不合格。Ⅳ级钢筋冷弯时不应有裂纹出现。

图3.11　调伸长度及留量图解

a1，a2—左、右钢筋的调伸长度；—一次闪光留量；—二次闪光留量；c1+c2—顶热留量；d1+d2—顶锻留量；—有电顶锻留量；—无电顶锻留量。

表3.16　采用UN1-75型对焊机时的焊接参数（闪光—预热—闪光焊）（单位：mm）(www.xing528.com)

注：e—当钢筋端部不够平整时，两根钢筋凸出部分的长度。

一般情况下，在钢筋施焊前，应先对该钢筋进行焊接试验，选择焊接参数，焊接接头经试验合格后再正式施焊，经焊接后的钢筋，其屈服强度和抗拉强度要符合母材的质量要求。

（三）电弧焊

电弧焊的工作原理如图3.12所示。电焊时，电焊机送出低压的高电流，使焊条与焊件之间产生高温电弧，将焊条与焊件熔化成牢固的接头。电弧焊应用较广，如整体式钢筋混凝土结构中钢筋接长、装配式钢筋接头、钢筋骨架焊接及钢筋与钢板的焊接等。

图3.12　电弧焊工作原理图

—焊接变压器；2—变压器二次导线；3—焊钳；4—焊条；5—焊件。

在预应力混凝土构件中，较少使用电弧焊，但在现场预制或非预应力构件以及预埋铁件中，常使用电弧焊。

钢筋电弧焊接头形式主要有三种：

（1）搭接接头，如图3.13所示。

（2）帮条接头，如图3.14所示。

图中括号内的数值用于Ⅱ、Ⅲ级钢筋，d0为钢筋直径，这两种接头均适用于直径10～40 mm的Ⅰ—Ⅲ级钢筋及5号钢钢筋。

图3.13　搭接接头

图3.14　帮条接头

（3）剖口（坡口）接头，如图3.15所示。适用于直径16～40 mm的Ⅰ—Ⅶ级钢筋及5号钢钢筋。这种接头较上两种接头更节约钢材。当焊Ⅳ级钢筋时，应加温处理。剖口焊又分平焊和立焊两种。立焊时，将上面一根钢筋刻成约45°角，并使两钢筋间有4～5 mm的空隙，然后引弧施焊。平焊时，将两根钢筋剖成约60°夹角，两钢筋间的空隙为3～5 mm，下垫钢板，然后引弧施焊。

图3.15　坡口接头

常用的交流弧焊机有BX1-330（BS-330），BX3-300（BK300），BX3-500（BX-500）等型号。

电弧焊使用的焊条可按表3.17选用。焊接电流和焊接直径可按表3.18选用。

表3.17　焊条选用表

注：1.焊条牌号表示方法：结表示结构钢焊条，XX表示焊缝金属抗拉强度，末位数表示药皮类型。例如，“结553焊条”表示焊缝金属抗拉强度为550（MPa）钛铁矿型结构钢焊条。
2.统一牌号“结”相当于国标“T”。

表3.18　焊条直径和焊接电流选用表

（四）绑扎

绑扎法用于成型尺寸较大的网片或构造复杂的骨架。绑扎是借助钢筋钩将交接钢筋用20～24号铅丝经手工扭接。铁丝过硬时，可经过退火处理。绑扎钢筋搭接长度及绑扎点位置应符合钢筋混凝土结构构造要求，详见表3.19。

表3.19　钢筋绑扎接头最小搭接长度

注：1.d0为钢筋直径。
2.钢筋绑扎接头的搭接长度，除应符合本表要求外，在受拉区不得小于250 mm，在受压区不得小于200 mm。轻骨料混凝土均应分别增加50 mm。
3.当混凝土标号为150号时，除冷拔低碳钢丝外，最小搭接长度应按表中数值增加5d0。

（五）骨架成型

为组成钢筋骨架，把已经加工好的网片用绑扎或焊接法加工成型。焊接时，可采用移动式电焊钳。

骨架成型区在工艺布置上应靠近其他各加工区并处于方便运输的位置，操作面积和通道必须宽敞，并留有2～4 h半成品及成品堆放的场地。

（六）网架成型装备

比较常见的钢筋网架成型机械包括小型的手持式钢筋绑扎机和钢筋笼成型机，具体形式和机型极为丰富，如图3.16所示。

图3.16　各式钢筋笼加工和成型机械