钢筋连接方法及焊接连接方式简析

工程中钢筋往往因长度不足或因施工工艺上的要求进行连接。目前，施工中应尽量采用焊接连接方式。绑扎连接和焊接连接已列入规范，机械加工连接正在推广应用，化学材料锚固连接在我国尚很少采用。

（一）绑扎连接

采用绑扎连接时，其搭接长度、位置、端部弯钩等要求应符合规范的规定。这种连接方式可在直径不太大的钢筋中应用。其优点是施工方便，不受设备条件、施工条件的限制。缺点是用钢量大，钢筋的传力性能不太理想，在接头处，由于一根钢筋变成两根，有时会发生排列困难，或钢筋太密，致使混凝土不宜灌实，影响结构承载力。

（二）焊接连接

焊接连接是目前应用得最广泛的一种钢筋连接方法。该方法的优点是传力性能好，节约钢材、适用范围广。问题是需要技术高的焊工，用电量大，焊接接头的焊接质量与钢材的焊接性、焊接工艺有关。钢材的焊接性是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，也就是金属材料对焊接加工的适应性。钢材的焊接性可根据钢材化学成分与焊接热影响区淬硬性的关系，把钢中合金元素（包括碳）的含量用碳当量粗略地评定。

1.闪光对焊

闪光对焊是将焊件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法。

闪光对焊分为连续闪光焊和预热闪光焊两种。连续闪光焊是自闪光一开始就徐徐移动钢筋，形成连续闪光，接头处逐步被加热。连续闪光焊工艺简单，宜于焊接直径25 mm以内的Ⅰ～Ⅱ级钢筋。预热闪光焊是首先连续闪光，使钢筋端面闪平，然后使接头处做周期性的闭合拉开，每一次都激起短暂的闪光，使钢筋预热，接着再连续闪光，最后顶锻。预热闪光焊能焊Ⅳ级钢筋以及直径较大的Ⅰ～Ⅱ级钢筋。

闪光对焊的焊接过程一般可以分成预热、闪光（俗称烧化）、顶锻等阶段。

（1）预热阶段

预热阶段是闪光对焊在闪光阶段之前先以断续的电流脉冲加热工件。

第一，预热的速度控制。一般预热时焊件的接近速度大于连续闪光初期速度，焊件短接后稍延时即快速分开呈开路，即进入匀热期，如此反复直至加热到预定温度。预热可以采用计数（短接次数）、计时或行程（设预热留量）来控制。

第二，预热的转换。预热结束时，可以将焊件的接近速度降低，使焊件从预热阶段转入闪光阶段。转换的方式有两种：一种是强制转入闪光阶段，这样预热的热输入方式和能量可任意调节，过程转换点稳定；一种是采用自然转换方式，此时预热时的焊件靠近速度须选用闪光初期的靠近速度，当焊件端面升温到某值时可自然转入闪光。

（2）闪光阶段

闪光阶段是闪光对焊加热过程的核心。闪光的主要作用是加热工件。在此阶段中，先接通电源，并使2个工件端面轻微接触。电流通过时，接触点熔化，成为连接两端面的液体金属过梁。在电流的作用下，随着动夹钳的缓慢推进，过梁的液体金属不断产生、蒸发。液态金属微粒不断从接口间喷射出来，形成火花急流——闪光。

在闪光过程中，工件逐渐缩短，端头温度也逐渐升高，动夹钳的推进速度也必须逐渐加大。在闪光过程结束前，工件整个端面形成一层液体金属层，并在一定深度上使金属达到塑性变形温度。

在这个阶段中，闪光必须稳定而且强烈。所谓稳定是指在闪光过程中不发生断路和短路现象。断路会减弱焊接处的自保护作用，接头易被氧化。短路会使工件过烧，导致工件报废。所谓强烈是指在单位时间内有相当多的过梁爆破。闪光越强烈，焊接处的自保护作用越好，这在闪光后期尤为重要。

（3）顶锻阶段

在闪光阶段结束时，立即对工件施加足够的顶端压力，接口间隙迅速减小，过梁停止爆破，即进入顶锻阶段。顶锻是实现焊接的最后阶段。顶锻时，要封闭焊件端面的间隙，排除液态金属层及其表面的氧化物杂质。顶锻阶段包括初期通电顶锻和断电继续顶锻（送进加压）的过程。顶锻是一个快速的锻击过程。它的前期是封闭焊件端面的间隙，防止再氧化，这段时间越快越好。当端面间隙封闭后，断电并继续顶锻。

顶锻留量包括间隙、爆破留下的凹坑、液态金属层尺寸及变形量。加大顶锻留量有利于彻底排除液态金属和夹杂物，保证足够的变形量。一般建议最大扭曲角不应超过80°，液态金属刚挤出接口呈“第三唇”即可。

2.电弧焊

电弧焊可分为手工电弧焊、半自动（电弧）焊、自动（电弧）焊。自动（电弧）焊通常是指埋弧自动焊，是在焊接部位覆有起保护作用的焊剂层，由填充金属制成的光焊丝插入焊剂层，与焊接金属产生电弧，电弧埋藏在焊剂层下，电弧产生的热量熔化焊丝、焊剂和母材金属形成焊缝，其焊接过程是自动化进行的。最普遍使用的是手工电弧焊。

施工现场常用交流弧焊机使焊条与钢筋间产生高温电弧。焊条的表面涂有焊药，以保证电弧稳定燃烧，同时焊药燃烧时形成气幕可使焊缝不致氧化，并能产生熔渣覆盖焊缝，减缓冷却速度。选择焊条时，其强度应略高于被焊钢筋。对重要结构的钢筋接头，应选用低氢型碱性焊条。

钢筋电弧焊接头的主要形式有：搭接焊接头、帮条焊接头、坡口焊接头，以及窄间隙焊接头。

（1）搭接焊与帮条焊接头

搭接焊接头，只适用于Ⅰ级钢筋。钢筋宜预弯，以保证两钢筋的轴线在同一直线上。帮条焊接头，可用于Ⅰ、Ⅱ级钢筋。帮条宜采用与主筋同级别、同直径的钢筋制作。搭接焊与帮条焊宜采用双面焊，如不能进行双面焊时，也可采用单面焊，其焊缝长度应加长一倍。

（2）坡口焊接头

坡口焊分为平焊和立焊两种，适用于装配式框架结构的节点，可焊接直径18～45 mm的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级钢筋。钢筋坡口平焊，采用V形坡口，坡口角度55°～65°，根部间隙为4～6 mm，下垫钢板。钢筋坡口立焊，采用半V形坡口，坡口角度为40°～55°，根部间隙为3～5 mm，亦贴有焊板。

（3）窄间隙焊接头(www.xing528.com)

水平钢筋窄间隙焊接适用于直径20 mm以上钢筋的现场水平连接。焊接时，两钢筋端部置于U形铜模中，留出10～15 mm的窄间隙，用焊条连接焊接，熔化钢筋端面，并使熔化金属充填间隙形成接头。

3.电渣压力焊

电渣压力焊是将两钢筋安放成竖向或斜向（倾斜度在4∶1的范围内）对接形式，利用焊接电流通过两钢筋间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣，产生电弧热和电阻热，熔化钢筋，加压完成的一种压焊方法。简单地说，电渣压力焊就是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的一种熔焊方法。它工效高、成本低，高层建筑施工中已取得很好的效果。

电渣压力焊的主要设备包括：二相整流或单相交流电的焊接电源；火具、操作杆及监控仪的专用机头；可供电渣焊和电弧焊两用的专用控制箱等。电渣压力焊耗用的材料主要有焊剂及铁丝。因焊剂要求既能形成高温渣池和支托熔化金属，又能改善焊缝的化学成分提高焊缝质量，所以常选用含锰、硅量较高的埋弧焊的“431”焊剂，并避免焊剂受潮，以免在高温作用下产生蒸汽，使焊缝有气孔。铁丝常采用绑扎钢筋的直径为0.5～1 mm的退火铁丝，制成球径不小于10 mm的铁丝球，用来引燃电弧（也可直接引弧）。电渣压力焊的工艺过程如下：

（1）电弧引燃过程

焊接火具焊紧上下钢筋，钢筋端面处安放引弧铁丝球，焊剂灌入焊剂盒，接通电源，引燃电弧。

（2）造渣过程

靠电弧的高温作用，将钢筋端面周围的焊剂充分熔化，形成渣池。

（3）电渣过程

当钢筋断面处形成一定深度的渣池后，将上钢筋缓慢插入渣池中，此时电弧熄灭，渣池电流加大，渣池因电阻较大，温度迅速升到2000℃以上，将钢筋端头熔化。

（4）挤压过程

当钢筋端头熔化达一定量时，加力挤压，将熔化金属和熔渣从结合部挤出，同时切断电源。电渣压力焊工艺参数主要有焊接电流、焊接电压、通电时间、钢筋熔化量以及挤压力大小等。

4.气压焊

气压焊也属于焊接中的压焊。钢筋气压焊是利用乙炔与氧混合气体燃烧所形成的火焰加热钢筋两端面，使其达到塑化状态，在压力作用下获得牢固接头的焊接方法。这种焊接方法设备简单、工效高、成本较低，适用于各种位置的直径为16～40 mm的Ⅰ、Ⅱ级钢筋焊接连接。

气压焊的焊接原理与熔焊不同，它是钢筋端部加热后，产生塑性变形，促使钢筋端面的金属原子互相扩散，进一步加热至钢材熔点的0.80～0.90倍（1250～1350℃）时，进行加压顶锻，使钢筋端面更加紧密接触，在温度和压力作用下，晶粒重新组合再结晶而达到焊合的目的。钢筋气压焊设备由供气装置、多嘴环管加热器、加压器以及焊接火具等组成。钢筋气压焊的工艺过程为：

第一，接合前端面处理与钢筋轴线垂直切平端面。在焊接前用角向磨光机将钢筋端面打磨干净。

第二，初期压焊，用碳化火焰接缝连续加热，以防接合面氧化。待接缝处钢筋红热时，施加30～40 N/mm2的截面压强，直至钢筋端面闭合。

第三，主压焊，把加热焰调成乙炔稍多的中性焰，沿钢筋轴向在2 d（d为钢筋直径）范围内宽幅加热。

（三）机械加工连接

机械加工连接正在中国得到发展和推广应用。目前正在推广的有两种方法：一种是套筒冷压连接工艺；另一种是锥螺纹套筒连接工艺。这两种套筒连接方法与绑扎连接方法相比，优点是受力性能好，可节省钢材；与焊接方法相比，用电省，不受气候和高空作业影响，没有明火，操作简单，施工速度快，不需要熟练工种，质量易于保证，但造价要稍高些。

1.钢筋套筒冷压连接

钢筋套筒冷压连接，是将需连续的变形钢筋插入特制钢套筒内，利用液压驱动的挤压机进行径向或轴向挤压，使钢套筒产生塑性变形，使它紧紧咬住变形钢筋实现连接。它适用于竖向、横向及其他方向的较大直径变形钢筋的连接。与焊接相比，它具有节省电能、不受钢筋可焊性好坏影响、不受气候影响、无明火、施工简便和接头可靠度高等特点。

钢筋挤压连接的工艺参数，主要是压接顺序、压接力和压接道数。压接顺序应从中间向两端压接。压接力要能保证套筒与钢筋紧密咬合，压接力和压接道数取决于钢筋直径、套筒型号和挤压机型号。

2.钢筋锥螺纹套筒连接

用于这种连接的钢套筒内壁，用专用机床加工呈锥形螺纹，钢筋的对接端头亦在套丝机上加工有与套筒匹配的锥螺纹。连接时，经对螺纹检查无油污和损伤后，先用手旋入钢筋，然后用扭矩扳手紧固至规定的扭矩即完成连接。该方法具有速度快、质量稳定、对中性好等优点，其在中国一些大型工程中多有应用。

对闪光对焊接头，要求从同批成品中切取6个试件，3个进行拉伸试验钢筋规定的抗拉强度值，或至少有两个试件在焊缝之外，呈延性断裂。做弯曲试验的试件，在规定的弯心直径下，弯曲至90°时不得在焊缝或热影响区发生破断。

对电弧焊接头，要求从成品中每批（现场安装条件下，每一楼层中以300个同类型接头为一批）切取3个试件，做拉伸试验，其试验结果要求同闪光对焊。对电渣压力焊接头，要求从每批成品在现浇混凝土框架结构中，每一楼层中以300个同类型接头为一批；不足300个时，切取3个试件进行拉伸试验，其试验结果均不得低于该级别钢筋规定的抗拉强度值。

对套筒冷压接头，要求从每批成品（每500个相同规格、相同制作条件的接头为一批，不足500个仍为一批）中，切取3个试件做拉伸试验，每个试件实测的抗拉强度值均不应小于该级别钢筋的抗拉强度标准值的1.05倍或该试件钢筋母材的抗拉强度。对锥形螺纹套筒接头，要求从每批成品（每300个相同规格接头为一批，不足300个仍为一批）中，取3个试件做拉伸试验，每个试件的屈服强度实测值不小于钢筋的屈服强度标准值，并且抗拉强度实测值与钢筋屈服强度标准值的比值不小于1.35倍。